상징적인 Junkers Ju 52 항공기를 디지털 방식으로 재구현

Junkers Ju 52의 감항성(airworthiness) 입증

항공 분야에서 'Tante Ju'(Auntie Ju)라는 애칭으로 알려진 Junkers Ju 52는 가장 상징적인 항공기입니다. 1932년 첫 비행에 나섰던 Ju 52는 신뢰성 측면에서 빠르게 대표적인 항공기로 자리잡았습니다. 독일 회사 Junkers가 원래 민간 여객기로 제작한 Ju 52의 가장 독특한 특징은 금속 골판지 소재로, 이를 기반으로 독특한 물결 모양의 외관을 지니게 되었을 뿐만 아니라 무게를 크게 늘리지 않고도 안정성이 강화되었습니다.

가장 유명한 사양인 Ju 52/3m은 엔진 3개가 장착된 삼발기로, 성능이 크게 향상되었습니다. 이로 인해 항공사와 화물 운송업체에서 선호하는 기종이 되었습니다. Ju 52는 초창기에 독일 국영 항공사인 Deutsche Luft Hansa에서 유럽 전역의 도시를 연결하는 데 사용되었습니다. Ju 52는 다른 항공기가 접근하기 힘든 짧고 거친 활주로에서도 착륙할 수 있어 외딴 지역이나 개발 도상국에서 특히 유용했습니다.

Ju 52는 유럽을 넘어 인프라가 미흡한 지역에서 항공 여행과 운송을 시작하는 데 중요한 역할을 했습니다. 예를 들어, 남아메리카에서는 안데스 산맥을 가로지르는 중요한 교통 수단 역할을 했으며, 아프리카에서는 수시로 외딴 지역까지 화물과 승객을 실어 날랐습니다. 항공기의 또 다른 특징인 다목적 기능은 승객 좌석에서 화물칸, 경우에 따라 수상 비행기에 이르기까지 다양한 구성을 갖추고 있습니다.

더 새롭고 더 빠른 항공기가 개발된 후에도 Ju 52는 내구성과 간결한 역학으로 높이 평가받아 전 세계적으로 계속 사용되었습니다. 오늘날 Ju 52는 초기 항공기의 상징으로 여전히 사랑받고 있으며, 박물관에 여러 대가 전시품으로 보존되어 있어 지나간 항공 시대의 향수를 느끼게 합니다.

Ju 52 현대화 과제

Junkers Ju 52는 성공을 이루고 많은 인기를 누렸지만 현대의 위험한 과제에 직면했습니다. 2018년까지 유럽의 나머지 운영 모델은 비극적인 사고로 인해 중단되었으며, 이 사고로 현대적인 감항성 표준이 시급히 요구되었습니다. 이에 대응하여 스위스의 항공 프로젝트 전문 엔지니어링 회사인 AeroFEM은 Siemens Digital Industries Software의 최첨단 기술을 사용하여 Ju 52의 최신 복제품의 감항성을 입증하는 작업에 착수했습니다. 이 목표를 달성하고자 소프트웨어, 하드웨어, 서비스가 통합된 Siemens Xcelerator 비즈니스 플랫폼의 일부인 Simcenter™ 소프트웨어와 NX™ 소프트웨어를 사용했습니다

Junkers Ju 52를 재탄생시키는 프로젝트는 결코 쉬운 일이 아니었습니다. AeroFEM의 해석 엔지니어이자 이사회 구성원인 Danny Wadewitz는 원래 항공기는 최신 설계 도구의 도움 없이 '종이, 연필, 슬라이드 규칙'에 의존하여 개발되었다고 말합니다. 목표는 현재의 감항성 규정, 특히 현대 표준의 엄격한 중량 제한을 충족하는 새로운 버전의 Ju 52를 만드는 것이었습니다.

리버스 엔지니어링의 중요성 강조

레거시 기술을 최신 프레임워크에 통합하는 업계 추세에 따라 리버스 엔지니어링은 과거의 설계가 디지털 시대에도 여전히 유효하고 작동 가능하도록 보장하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 이 프로세스를 통해 기존 제품을 분해하여 컴포넌트, 구조, 기능을 파악함으로써 엔지니어가 현재 기술을 사용하여 제품을 다시 만들거나 개선할 수 있습니다.

AeroFEM은 리버스 엔지니어링을 통해 Junkers Ju 52에 새로운 기능을 부여했습니다. 항공기의 모든 측면을 디지털 방식으로 파악함으로써 상세 3D 모델을 생성하여 원래 설계를 보존하는 동시에 최신 애플리케이션에 맞게 조정했습니다. 이 접근 방식은 과거의 엔지니어링 업적을 존중할 뿐만 아니라 과거 설계와 현대 표준 간의 격차를 해소합니다.

기술이 빠르게 발전함에 따라 리버스 엔지니어링은 과거와 현재 사이의 기술적 연속성을 유지하는 방법을 제공합니다. 이를 통해 엔지니어는 성공적인 설계를 연구하고 복제하여 귀중한 인사이트와 혁신 기능이 시간이 지남에 따라 손실되지 않도록 보장할 수 있습니다. 이 방식은 엔지니어가 최신 안전 및 성능 요구사항을 충족하는 데 레거시 시스템을 최첨단 기술과 통합해야 하는 경우가 많은 항공과 같은 산업에서 특히 중요합니다.

Simcenter 및 최신 엔지니어링 도구 활용

AeroFEM은 이러한 문제를 해결하고자 포괄적인 제품군을 통해 시뮬레이션 및 해석 기능을 제공하는 Simcenter 도구를 활용했습니다. 이를 통해 팀은 전례 없는 정밀도로 항공기를 재생성하고 분석할 수 있었습니다.

기존 Ju 52 항공기 두 대의 광범위한 리버스 엔지니어링으로 프로세스를 시작하여 초기 데이터를 수집할 수 있었습니다. Wadewitz는 "기본적으로 모든 것을 처음부터 다시 시작해야 했습니다."라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "항공기를 3D 스캔하기로 계획했고, 이 스캔 작업은 사실상 두 차례에 걸쳐 이루어졌습니다. 한 번은 외부에서, 다른 한 번은 내부에서 진행했으며, 항공기를 해체하는 여러 단계에서도 스캔했습니다."

스캔 프로세스를 통해 방대한 포인트 클라우드를 생성했으며, 이는 상세한 디지털 모델을 생성하는 데 기반 역할을 했습니다. AeroFEM은 NX를 고급 리버스 엔지니어링 툴킷으로 사용하여 이러한 지점을 표면, 부품, 완전한 항공기 어셈블리로 변환했습니다.

Wadewitz는 "다행히 Siemens는 매우 직관적이고 사용하기 쉬운 고급 NX 리버스 엔지니어링 도구를 갖추고 있습니다."라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "이 작업을 진행하는 엔지니어들 중 NX를 이전에 사용해 본 적이 없는 엔지니어도 NX 사용법을 빠르게 익혔고 프로세스를 거의 완벽하게 수행했습니다."

디지털 모델이 준비되자 팀은 CFD(전산 유체 역학)용 Simcenter STAR-CCM+ ™ 소프트웨어와 FEA(유한 요소 해석)용 Simcenter Femap™ with Simcenter™ Nastran 소프트웨어를 사용하여 공기역학 및 구조 해석 단계로 전환했습니다. AeroFEM 엔지니어는 이러한 솔루션을 활용하여 다양한 조건에서 항공기의 성능과 구조적 무결성을 이해하고자 포괄적인 시뮬레이션을 수행했습니다.

Wadewitz는 "Simcenter STAR-CCM+를 사용해 리버스 엔지니어링에서 얻은 지오메트리를 CFD 해석에 적용했습니다."라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "그런 다음 CFD 해석 결과를 사용하여 Simcenter Femap에 경계 조건을 반영하고 FEA 분석을 수행할 수 있었습니다. 이로 인해 항공기의 모든 트러스에 내부 하중이 가해졌습니다."

분석 결과, 최초의 Ju 52는 워낙 정교하게 제작되어 중량 최적화의 여지가 거의 없었습니다. Wadewitz는 "놀라운 점은 최적화 가능성이 거의 없다는 점이었습니다."라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "당시 엔지니어의 설계가 워낙 뛰어나서 구조적인 측면에서 무게를 줄일 여지가 많지 않았습니다." 이들은 구조적 측면에서 현대 인증 표준을 준수하고자 이륙 중량을 10.5톤에서 8.6톤으로 낮출 수 없었으므로 연료의 양과 승객 수를 줄였습니다. 최신 엔진은 원래 엔진보다 훨씬 적은 연료를 사용하므로 이 솔루션은 항공기의 비행 거리에 거의 영향을 미치지 않았습니다.

그러나 이 프로젝트의 중요한 측면은 복제 항공기의 재료를 선택하는 것이었습니다. 최초의 Ju 52는 구리-알루미늄 합금을 사용하여 제작되었는데, 가용성 및 인증 제약으로 인해 최신 재료로 교체해야 했습니다.

Wadewitz는 "지금 상용 가능한 재료를 사용해야 합니다."라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "강도와 내구성이 비슷하면서도 상용 가능한 재료를 선택해야 했습니다."

팀은 원래 재료의 특성과 밀접하게 일치하는 최신 알루미늄 합금을 선택하여 항공기가 최신 표준을 충족하면서 기존의 무결성을 유지할 수 있도록 했습니다.

AeroFEM은 항공기의 연식, 비대칭 및 재료 변형을 고려할 때 어려움이 있을 것이라고 예상했습니다. 시간이 지남에 따라 마모는 항공기의 구조적 통합에 영향을 미쳤으므로 시뮬레이션 프로세스에서 이러한 사항을 신중하게 고려해야 했습니다.

Wadewitz는 "분명 더 이상 대칭이 아닙니다."라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "항공기는 많은 사고와 수리를 거쳤으며 시간의 흐름과 크리프(creep) 현상에 따라 재료가 변형되었습니다."

리버스 엔지니어링 형상을 설계자가 의도한 형태로 변환할 때 이러한 요소를 고려해야 했습니다.

결과 및 교훈 파악

자금 지원이 조기에 종료되어 궁극적으로 이 프로젝트는 비행 테스트로 진행되지 않았지만 엔지니어링 분야에서 중요한 성과로 남아 있습니다. AeroFEM은 최신 도구를 과거 설계에 적용할 수 있음을 성공적으로 증명하여 과거의 엔지니어링 역량이 현대의 첨단 기술과 견줄 수 있음을 입증했습니다.

Wadewitz는 "이 사안에 대해 EASA(유럽연합 항공안전청)와 논의했으나 큰 성과를 거두지는 못했습니다."라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "형식 증명을 신청할 단계까지는 갔죠. 자금 지원이 중단되지 않았다면 궁극적으로 복제 항공기를 띄울 수 있었을 것입니다."

이러한 좌절에도 불구하고 AeroFEM의 연구를 통해 Ju 52의 구조적 통합과 현대적 개선의 잠재력을 위한 귀중한 인사이트를 제공했습니다. 프로젝트 과정에서 구축한 디지털 모델은 미래 세대를 위해 항공기의 유산을 보존하는 역사적 기록의 역할을 합니다. Wadewitz는 "이 프로젝트는 이제 항공기 설계의 결정적인 기록입니다."라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "현재 Teamcenter와 같은 PLM에서 가장 오래된 항공기 중 하나일 것입니다."

Junkers Ju 52 프로젝트는 AeroFEM과 광범위한 엔지니어링 커뮤니티에 많은 교훈을 남겼습니다. 또한 세심한 데이터 수집, 최신 시뮬레이션 도구의 성능 및 역사적 엔지니어링의 오랜 유산의 중요성을 강조했습니다.

한 가지 중요한 점은 거의 100년 전에 내린 최초의 엔지니어링 결정을 존중하고 이해해야 한다는 것입니다. Wadewitz는 "지금은 그때보다 요구사항이 더 엄격하지만, 당시 엔지니어들은 자기 몫을 다했습니다."라고 말합니다.

이 프로젝트는 또한 역사적 연구와 현대 기술 간의 협력의 가치를 강조하여 향후 유사한 이니셔티브를 위한 토대가 되었습니다.

엔지니어링 유산의 보존 및 교훈

Junkers Ju 52를 다시 하늘에 띄우려는 AeroFEM의 시도는 엔지니어링 혁신과 헌신의 놀라운 선례로 남아 있습니다. Simcenter와 NX를 활용하고 최신 엔지니어링 원칙을 적용하여 과거 설계와 현대 표준을 연결할 수 있음을 입증했습니다. Ju 52는 다시 비행하지 못했을지 모르지만, 그 유산은 AeroFEM의 노력과 이 야심찬 행보에서 얻은 귀중한 인사이트를 통해 유지됩니다.

항공의 미래를 내다보는 이와 같은 프로젝트는 엔지니어링 유산의 보존과 이를 통한 학습의 중요성을 상기시켜 과거의 교훈이 미래의 혁신과 우수성에 지속적으로 영감을 줄 수 있습니다.