국방기술품질원 ‘고장 분석’ 보고서
“변속장치 내부 볼트 파손·미세균열”
▲ 방위사업청이 지난 2월 K2 전차 2차 양산분에 국산 엔진과 독일산 변속기를 결합한 ‘혼합 파워팩’을 탑재하고 저온시험 뒤 3200㎞ 주행시험을 시행하는 모습. 방위사업청 제공
18일 국방기술품질원(기품원)이 발간한 ‘국방품질연구논집 2호’의 ‘1500마력 변속기 최초 생산품 내구도시험 고장원인 분석’ 보고서에 따르면 2016년 1월부터 2017년 2월까지 총 6번의 K2 전차 국산 변속기 내구도시험이 진행됐다. 6차 시험에서는 변속기 내부 ‘클러치 오일’ 압력 저하가 발생해 정밀 연구에 착수했다. 그 결과 ‘클러치 압력판’ 고정 볼트 1개의 머리 부위가 파손된 사실이 확인됐다. 또 주변 볼트 2개는 머리 바로 아래 ‘목’ 부위에 미세 균열이 생겼다.
기품원 기동화력센터 연구팀은 “이 볼트들은 단순히 구조물을 고정하는 것이 아니라 변속기의 핵심 구성품인 변속장치 내부에 있는 볼트로, ‘클러치 압력판’과 ‘디스크 캐리어’를 고정하는 역할을 한다”며 “볼트가 풀리거나 손상이 발생하면 오일 압력 저하를 일으킬 수 있고 전체적인 변속기 기능이나 성능에도 영향을 미친다”고 지적했다.
조사 결과 볼트로 결합해야 하는 위아래 부품의 구멍을 맞추지 않아 ‘정렬 불량’ 현상이 나타났고, 볼트의 피로도가 높아지면서 균열이 생긴 것으로 추정됐다. 또 클러치 압력판의 볼트 구멍을 제대로 가공하지 않은 문제도 드러났다. 볼트 목 부위 치수가 0.1㎜가량 부족해 정렬 불량이 일어날 가능성이 높다는 점도 확인됐다.
1990년대 시작… 7년간 ‘파워팩’ 매달려
방사청, 변속기 생산 獨업체에 맡기기로
국산 변속기 ‘볼트 불량’으로 인해 결함이 발생한 것으로 밝혀진 ‘K2 흑표 전차’는 20년이 넘는 개발기간을 거치면서 굴곡의 세월을 겪었다. 1990년대 중반 전차 전력 현대화를 목표로 개발을 시작해 국민적인 기대를 모았지만 엔진과 변속기 결함이 잇따라 드러나 ‘애증의 세월’을 보냈다.
방산업계에 따르면 K2전차 사업은 1995년 노후화한 기존 전차를 대체한다는 목적으로 시작됐다. 당시 K2 전차는 전 세계 최신 전차 중 ‘가성비’(가격 대비 성능)가 가장 높다는 평가를 받으며 2008년 터키 수출 계약을 맺는 등 명품 국산 무기로 순항했다. 그러나 2009년 엔진결함이 발견된 데 이어 2010년에는 변속기 결함이 잇따라 발견됐다.
엔진과 변속기로 구성된 ‘파워팩’ 양산이 문제였다. 국내 업체들이 7년여 동안 국산 파워팩 개발에 매달려 결국 핵심 요소인 엔진을 개발했지만, 변속기 국산화에는 끝내 실패했다. 변속기 개발을 맡은 S&T중공업은 개발 과정에 독일산 볼트가 파손되자 원인 파악을 위해 관계 기관이 봉인한 변속장치를 무단으로 해제했다가 검찰에 고발되는 수모도 겪었다. 검찰은 지난해 “하자를 감추거나 변조할 의도가 아니었다”는 이유로 무혐의 처분을 내렸다.
국방기술품질원(기품원) 기동화력센터 연구팀은 결함 원인을 찾기 위해 2016년 1월부터 2017년 2월까지 총 6번의 K2 전차 국산 변속기 내구도시험을 진행했다. 그 결과 변속기 핵심 구성품인 변속장치 내부의 ‘클러치 압력판’ 고정 볼트 1개의 머리 부위가 파손된 사실을 확인했다.
연구팀은 변속기 핵심 부위인 ‘변속장치’를 제조한 해외제작사와 재료연구원(KIMS), 한국화학융합시험연구원(KTR) 등에 볼트를 보내 구체적인 원인규명에 착수했다. 당시 제작한 변속기의 국산화율은 70% 수준으로 변속, 제동과 관련한 핵심부품은 해외제작사가 만들었고 볼트도 독일산이었다.
연구팀은 “볼트는 무수히 많은 기계구조물에서 사용되는 가장 기본적인 요소”라며 “1986년 고무링 때문에 승무원 전원이 사망한 미국 우주왕복선 챌린저호 폭발사고, 2012년 연료 공급선의 고무부품 문제로 발사가 연기된 나로호 등이 모두 이런 기본적인 부품 문제로 사고가 발생했다”고 지적했다.
또 “시험을 계속 진행했다면 변속장치 내부의 12개 볼트 중 3개 볼트가 파손돼 다른 부품의 2차 손상이 발생했을 가능성도 있다”며 “만약 이런 현상이 야전에서 확인됐다면 보다 큰 품질비용 발생뿐 아니라 안전사고 위험도 있기 때문에 반면교사로 삼아 향후 설계에 참고자료로 활용해야 한다”고 조언했다.
한편 방위사업청은 지난해 변속기 생산을 독일업체에 맡기기로 했다. 파워팩 조립은 현대로템, 엔진은 두산인프라코어, 변속기는 독일업체 렝크사가 각각 맡아 지난 6월부터 K2 전차의 본격적인 양산 단계에 돌입했다.
정현용 기자 junghy77@seoul.co.kr
