캐디언스시스템 CAE: [Amesim] 친환경 항공을 위한 디지털 트윈: 극저온 수소 시스템 개척

친환경 항공을 위한 디지털 트윈은 유럽 연구 프로그램인 클린 에비에이션(Clean Aviation)이 혁신적인 이니셔티브를 주도하는 등 탈탄소화를 지원하는 데 중요한 역할을 합니다. 그 중 하니웰 인터내셔널(Honeywell International s.r.o.)이 주도하는 NEWBORN 프로젝트는 혁신적인 추진 기술의 선두에 서 있습니다. 이러한 협력 노력은 업계 리더와 연구자들이 모여 항공 애플리케이션을 위한 혁신적인 연료 전지 시스템 시연기를 개발하는 데 기여합니다.

지멘스는 지속 가능한 항공 및 모델링 도구 개발을 위한 디지털 트윈을 담당하며, 프로젝트의 라이프사이클 전반에 걸쳐 필수적인 지원을 제공합니다.

Newborn 프로젝트 목표

이 이니셔티브의 핵심은 친환경 항공, 즉 극저온 수소 시스템을 위한 첨단 디지털 트윈 개발입니다. 이 프로젝트에는 극저온 LH2 탱크 및 수소 공급 시스템에 대한 전문 지식을 제공하는 테스트-푸치스(TEST-FUCHS GmbH)를 비롯한 주요 파트너들이 한자리에 모입니다.

테스트-푸치스 항공우주 시스템즈(TEST-FUCHS Aerospace Systems GmbH)를 대표하는 마크 하젠빌러(Marc Hazenbiler)는 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어 시스템 시뮬레이션 R&D의 앙투안 델라코트(Antoine Delacourt)와 함께 NAFEMS NWC25.1에서 시뮬레이션 작업을 발표했습니다

디지털 트윈이 친환경 항공을 위해 제공하는 기술적 과제와 솔루션

극저온 수소 시스템은 수소를 효과적으로 관리하는 데 몇 가지 중요한 과제에 직면해 있습니다. 연료는 연료 전지 양극에 정확한 압력 및 온도 사양의 가스로 공급되는 동안 극저온 탱크 내에서 액체 상태로 유지되어야 합니다. 이 설계에는 다음과 같은 혁신적인 솔루션이 포함되어 있습니다:

극저온 탱크에 부착된 특수 "콜드 박스"와 "핫 박스"
고급 누수 방지 시스템
안전성과 신뢰성을 위한 정교한 제어 메커니즘
수소 손실을 최소화하기 위한 최적화된 열 유속 관리

아래는 포괄적인 통합 시스템 아키텍처와 13개 NEWBORN 파트너의 각자 기여에 대한 그림입니다.

NEWBORN 웹사이트 프로젝트의 일러스트레이션

마크 하젠빌러의 발표는 TEST-FUCHS Aerospace Systems GmbH가 NEBOUT 프로젝트에 기여한 핵심적인 기여를 강조합니다: 특히 극저온 밸브 기술에 중점을 둔 수소 탱크 공급 서브시스템입니다. TEST-FUCHS는 극저온 부품 설계 및 제조에 대한 30년간의 전문 지식을 바탕으로 이 전문 분야에서 잘 확립된 명성을 바탕으로 수소 동력 항공 시스템 개발을 진전시킵니다

이 프레젠테이션은 또한 Simcenter Systems Simulation 도구(Simcenter Amesim)가 초기 설계 단계부터 복잡성을 숙달하고, 초기 개발부터 최종 성능 검증 및 조정에 이르기까지 잠재적으로 상충되는 성능 속성을 평가하고 균형을 맞추는 데 어떻게 사용되는지를 강조합니다.

Simcenter Amesim 밸브 모델과 테스트 결과 간의 정렬에 만족합니다.

- 마크 하젠빌러 | TEST-FUCHS의 시뮬레이션 및 계산 엔지니어

프로젝트 통합 및 검증

시뮬레이션 모델은 여러 하위 시스템이 함께 작동하는 더 큰 생태계의 일부입니다. 친환경 항공을 위한 이러한 디지털 트윈은 배전부터 열 관리까지 모든 것을 포괄하여 전체 시스템을 포괄적으로 가상으로 표현합니다.

디지털 트윈 검증은 구성 요소 테스트에서 전체 시스템 통합으로 진행되어 모델의 정확성에 대한 신뢰를 구축합니다. 마크 하젠빌러와 앙투안 델라코트의 발표에서 볼 수 있듯이 구성 요소 수준에서의 첫 번째 테스트는 고무적인 결과를 제공하며, 최종 글로벌 시스템 테스트 검증은 2026년에도 프로젝트의 목표로 남아 있습니다.

디지털 트윈은 물리적 시연기와 평행하게 작동하여 비행 시연기 단계로 진행하기 전에 두 접근 방식의 상호 보완적인 특성을 보여줍니다.

친환경 항공을 위한 NEWBORN 풀 디지털 트윈

NEWBORN 프로젝트 파트너 중 하나인 파이피스트렐

파이피스트렐 수직 솔루션(PVS)은 파이피스트렐의 연구개발 및 인증 부문으로, 항공기용 배터리 시스템, 전력 제어기 및 전기 모터 개발을 전문으로 합니다. 상업용 항공용 추진 배터리에 대해 EASA 승인을 받은 유일한 글로벌 기업입니다. NEBOUT 프로젝트의 일환으로 파이피스트렐은 지속 가능한 비행 솔루션과 수소 연료 전지 연구를 발전시키기 위해 시연기를 통합하고 테스트하는 임무를 맡고 있습니다. 이 작업은 PVS의 전문성과 친환경 항공 개발을 위한 고급 디지털 트윈을 위한 SimCenter Systems Simulation과 같은 세계적 수준의 도구를 활용하는 것의 중요성을 강조합니다.

우리는 Simcenter Amesim에 만족하며, 피피스트렐의 다른 동료들이 이를 사용하도록 설득하려고 노력하고 있습니다.

- 저네이 드로펠닉 | 파이프스트렐 리서치 매니저

결론과 미래 전망

이 디지털 트윈의 개발은 항공의 친환경 혁신에 있어 중요한 진전입니다. 시뮬레이션 작업은 이미 여러 주요 분야에서 그 가치를 입증했습니다: