가상 프로토타이핑이 항공기 공학을 변화시킬수 있을까요?

ESI는 CAELESTIS 프로젝트에서 핵심 기술 전문가이자 파트너로 활동하고 있습니다. 이 프로젝트는 유럽 연합의 '지평2020' 프로그램 하에 진행되는 연구 프로젝트로, Virtual Prototyping을 통해 새로운 항공기를 어떻게 공학하는지를 혁신하고자 합니다. 이러한 거대한 파괴적 프로젝트는 결국 영-탄소 항공을 현실로 만들 것이라고 확신하고 있으며, 항공 산업의 맥락에서 이것이 어떻게 작동할지에 대해 더 자세히 설명할 필요가 있습니다.

오늘날, 항공 산업은 "자신들의 연구 및 개발 투자를 조직에 대한 증명된 가치와 ROI로 변환해야 한다"고 ESI의 CAELESTIS 참여 전문가인 Dr. Mustafa Megahed는 말합니다. "증가하는 복잡성을 효율적으로 관리하기 위해 제품 개발 팀은 변화의 길을 걷어야 합니다. 이를 통해 엔지니어들은 물리적 프로토타입이 제작되기 전에 가상으로 실제 데이터와 물리학을 실험할 수 있으며, 이를 통해 최종 제품의 전체적인 상황을 평가할 수 있습니다." 요약하자면, 가상 프로토타이핑이 항공의 지속 가능한 미래에서 중요한 역할을 할 것입니다.

"가상 프로토타이핑은 물리적 시험과 프로토타입을 대체함으로써 제품 개발, 시험 및 제조를 시뮬레이션으로 가상으로 복제할 수 있는 자유를 제공합니다,"라고 메가헤드는 설명합니다. 이는 내일의 새로운 종류의 항공기로 가는 지름길을 제공하여 영-탄소 항공기를 설계하고 증명할 수 있는 첨단 가상 현실에서 혁신적인 디자인을 탐구할 수 있게 합니다. ESI의 다양한 분야의 다양한 고객들은 이미 이와 유사한 프로세스를 사용하여 그들의 제품과 공정이 안전하고 깨끗하며 생산적임을 디지털로 증명했습니다. "결국," Megahed는 말합니다. "새로운 항공기를 창조하고 운용하는 모든 이해관계자에게 초기 확신을 가져다주는 것이 중요합니다."

Dr. Megahed는 CAELESTIS 프로젝트의 핵심에서 혁신적인 접근 방식의 사용 사례와 이를 통해 얻을 수 있는 종류의 질문을 설명합니다.

1. 운영 설계: 전기적 현실에 맞춰 시스템을 어떻게 설계해야 합니까?
2. 가상 검증용 지면에서 시험: "무배출" 제품의 경우, 제품이 정상적인 사용/오용 상태일 때와 동일한 성능을 제공합니까?
3. 진단 및 예측 실행: 제품이 사용 중일 때 문제가 발생할 시간과 위치를 예상할 수 있습니까?
4. 제조 유효성 검증: 제안된 복합 재료 및 방법이 부품을 지속 가능하게 제공하는 데 적합합니까?
5. 원활한 조립 보장: 제품을 생산할 때 조립 라인(수동 또는 자동화)이 직면할 문제는 무엇입니까?
6. 적절한 유지 관리 프로세스 설계: 사람들이 이 항공기를 안전하고 지속 가능하게 유지할 수 있습니까?
7. 운영 성능에 대한 영향 평가: 현재 상태를 기반으로 유지 보수 예측

가상 프로토타이핑이 내일의 지속 가능한 항공기 설계를 바꾸기 위해 극복해야 할 장애물 중에는 중요한 전문 지식과 정확성, 전문 지식을 더욱 발전시켜야 합니다. 가상 프로토타입은 재료 물리학과 정확한 재료 모델에 대한 전문 지식과 함께 시뮬레이션 결과를 평가하고 처리하는 방법을 알아야 합니다. 이것은 전통적인 물리적 시험 방법 대신 디지털 결과에 대한 사용자의 신뢰를 증진시키는 데 중요합니다. 엔지니어들은 다양한 플랫폼에서 시뮬레이션을 원활하고 빠르게 실행할 수 있어야 하며, 모든 것을 최종 제품을 고려하여 일관되게 유지하는 것이 중요합니다. 이러한 "진실의 유일한 출처"는 전체적으로 디지털로 운영할 수 있는 기반이 됩니다.

선구적인 작업과 우리 CAELESTIS 프로젝트와 같은 연구 프로젝트는 항공기 가치 사슬 전체에 걸쳐 효과적인 데이터 흐름을 만드는 데 중요한 요소입니다.

이는 공학, 설계 및 제조를 더욱 연결하는 것을 의미합니다. 이 여정은 OEM과 같은 벤더에게도 시작되었습니다.

Dr. Mustafa Megahed

R&D Manager, ESI Group

CAELESTIS 프로젝트는 최근 시작된 것으로 2022년 5월에 출발하여 2025년 말까지 총 42개월 동안 진행될 예정입니다. 이 프로젝트는 가상 프로토타입을 활용하여 항공기의 새로운, 안전한, 끝-끝 간의 상호 운용 가능한 시뮬레이션 생태계(Interoperable Simulation Ecosystem, ISE)를 개발하는 것을 목표로 합니다. 이를 통해 제품 설계와 분산된 엔지니어링 팀의 CAD-CAE 도구 사이의 데이터 흐름을 활성화하여 혁신적인 항공기 및 엔진 구성의 설계 및 공학 최적화를 가속화할 수 있을 것으로 기대됩니다. 결과적으로 이는 설계 개념화부터 생산 가능성까지 보장합니다. Megahed 박사에 따르면 "간단히 말해, 여러 개의 가상 프로토타입이 연결되고 결합되어 항공기 설계 및 제조를 대표하며 성능 요구 사항과 제조 제한 사항을 고려한 다목적 최적화를 수행합니다."

가능한 응용 분야가 얼마나 흥미로운지에 관계 없이, CAELESTIS의 가장 중요한 부분은 기후에 대한 초점이며, 지속 가능성과 배출 감소에 대한 엄청난 긍정적인 영향입니다. Megahed는 시뮬레이션 도구의 사용이 물리적 실험의 필요성을 줄인다고 설명합니다. "물리적 자산과 프로토타입을 기반으로 한 최적화는 디자인 및 생산 단계의 다양한 측면을 생산하고 테스트하기 위해 재료와 에너지를 소비합니다. 이는 재활용하기 어려운 상당량의 스크랩과 폐기물을 낳습니다." 반면, 가상 프로토타입은 불필요한 물리적 프로토타입이나 실험이 필요하기 전에 더 빠른 평가와 최적화를 가능하게 합니다. 예를 들어, 나첼을 공급하는 Safran Nacelles는 가상 현실로 제조 프로세스 설계를 검토하여 더 생동감 있고 인간 중심적인 방식으로 작업할 수 있게 합니다. 이 결과, 전체 공구 예산을 15% 절약하고 설계 시간을 18개월 단축했습니다. 만약 항공 가치 사슬 전반에 이를 확장한다면 결과는 더욱 인상적일 수 있을 것입니다.

항공우주 산업에서 하이브리드 트윈 및 그 응용에 대해 더 알고 싶다면 "Dassault 항공의 “항공기 트윈” 프로젝트: 성능 및 유지 보수 최적화를 위한 실시간 예측 제공" 이라는 블로그 포스트를 확인해보세요.

CAELESTIS 프로젝트에 대해 더 자세히 알고 싶다면 www.caelestis-project.eu/ 를 방문해주세요.