X-레이로 발견못한 항공기 엔진 결함, 중성자로 찾는다

한국원자력硏·공군 공동연구
비파괴 분석으로 미세 결함 확인

국내 연구진이 중성자를 이용한 비파괴 분석을 통해 항공기 제트엔진 터빈 날개의 미세 결함을 확인할 수 있는 기술을 개발했다.

한국원자력연구원은 심철무 중성자과학연구부 책임연구원(사진)과 황영하 공군 항공기술연구소장 공동 연구팀이 수십㎛ 단위의 미세 결함을 탐지할 수 있는 가돌리늄(Gd)표시-중성자 토모그라피 방법을 개발했다고 22일 발표했다. 이번 연구 성과는 미국 비파괴 전문 학술지 ‘비파괴 평가 저널’에 실렸다.

국내외 항공기 제트엔진은 ‘정비기술지침서’에 따라 4300회 이상 비행한 터빈 날개에 대해 와전류, 초음파, 엑스선 등의 검사를 거쳐 결함이 발견되지 않으면 비행에 계속 사용하고 있다. 연구팀은 이 같은 기준에 따라 합격 처리된 270개 터빈 날개에 중성자를 이용한 검사를 진행했다. 조사 결과 와전류 및 엑스레이 검사를 통과한 2단계 72개의 터빈 날개 가운데 10개(13.8%)에서 냉각홀 내부에 10㎛ 크기의 결함과 이물질을 발견했다. 터빈 날개를 절단해 확인한 결과 냉각홀 내부 결함 표면에 산소가 30% 이상 존재하는 것도 확인했다. 이는 열부식에 의한 결함으로 평가됐다.

열부식은 바다에서 불어오는 바람의 소금 성분과 연료 내에 존재하는 황 성분이 이온 결합해 생성되는 황산나트륨이 산화해 발생한다. 그동안 항공기 부품의 열부식은 탐지 기술의 제약 때문에 표면에서 발생하는 것만 확인할 수 있었다. 그러나 이번 기술 개발로 냉각홀 내부의 열부식 결함까지 추적할 수 있을 것으로 기대된다. 항공기 엔진 터빈날개 내부 부식 결함으로 발생하는 항공기 추락 사고를 줄이는 계기가 될 수 있다.

심 책임연구원은 “이번 연구로 항공기 터빈 날개 비파괴검사의 신뢰성을 높여 부식 결함으로 인한 항공기 추락 사고를 줄일 수 있을 것”이라며 “앞으로 항공기 정비기술지침서에 Gd 표시-중성자 토모그라피 방법이 추가될 것”으로 기대했다.

김태훈 기자 taehun@hankyung.com