경상국립대(총장 권진회) 항공우주공학부 임형준 교수 연구팀이 탄소섬유강화 알루미늄 적층재(CARALL)의 탄도 충격 성능을 분석해, 발사체의 선단 형상보다 충돌 각도가 소재의 손상 양상을 좌우한다는 사실을 규명했다고 밝혔다.

이번 연구 결과는 복합재료 분야 최상위 국제 학술지인 'Composites Part B: Engineering'(IF 14.2, JCR 상위 0.3% 이내)에 게재됐다. 논문 제목은 'Investigation of projectile nose shape and impact obliquity on the ballistic performance of carbon reinforced aluminum laminates'이다.

CARALL은 알루미늄 합금과 탄소섬유강화복합재를 결합한 섬유금속적층재로, 경량성과 높은 기계적 성능을 동시에 요구하는 항공우주 구조물에 적용 가능성이 높은 소재다. 항공우주 구조물은 조류 충돌, 우박, 파편, 활주로 이물질, 우주쓰레기 등 다양한 외부 충격에 노출되며, 실제 충격은 수직 방향뿐 아니라 경사진 각도로 발생하는 경우가 많다.

연구팀은 CARALL 적층재를 대상으로 평두 발사체와 절두원추형 발사체의 충격 거동을 비교하고, 충돌 각도 변화가 관통과 리코셰(튕겨 나가는 현상) 거동에 미치는 영향을 실험과 유한요소해석으로 분석했다. 1단 가스건 실험과 고속 영상 분석으로 수직 충격 조건의 해석 모델을 검증한 뒤, 20도에서 80도까지의 경사 충돌 조건을 체계적으로 평가했다.

연구 결과, 평두 발사체와 절두원추형 발사체의 탄도 한계 속도 차이는 약 1.7%로 나타났다. CARALL 적층재의 수직 충격 관통 한계가 발사체 선단 형상에 크게 좌우되지 않는다는 의미다. 반면 충돌 각도에 따라 손상 양상은 크게 달라졌다. 낮은 충돌 각도에서는 플러깅, 페탈링(petalling), 층간 박리가 주요 손상 모드로 나타났고, 높은 충돌 각도에서는 표면 미끄럼과 리코셰 거동이 지배적이었다.

이번 연구는 실제 항공우주 운용 환경에서 발생할 수 있는 경사 충돌 조건을 고려해 CARALL 적층재의 방호 성능을 정량적으로 분석했다는 점에서 의미가 있다. 연구팀은 경량 복합재 구조물의 충격 안전성 평가와 항공우주·방산 분야 구조 설계에 활용될 수 있는 기초 자료를 제시했다.

*논문 원문: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2026.113943