항공기용 복합 소재

[항공기용 복합 소재] 가볍고 강한 ‘꿈의 항공기’ 의 실체


항공기 기체는 무엇으로 만드나요?
최근 첫선을 보인 B787 항공기에는 첨단 복합 소재를 사용했다고 하는데, 어떤 건지요.


항공기를 만드는 재료는 강하면서도 가볍고 다양한 형태로의 변형이 쉬워야 하는데 복합 소재는 이러한 요구 조건을 잘 만족시켜 일찍부터 항공기 제작 산업에서 각광을 받아왔습니다.

동일 조건을 충족시키는 디자인을 복합 소재로 제작하면 알루미늄 소재로 할 때보다 25~45퍼센트의 무게를 줄일 수 있지요.

항공기 기체는 초기 목재에서, 내구성을 강화한 두랄루민(Duralumin)을 사용했습니다. 이는 알루미늄에 소량의 구리, 마그네슘, 아연 등을 첨가한 것이지요. 그러나 이 소재는 내식성이 약하고 특히 염분을 포함한 수분에 아주 약해 표면에 알루미늄을 얇게 입혀 내식성을 훨씬 좋게 한 앨클래드(Alclad) 판을 사용하게 됐습니다.

탄소섬유강화 플라스틱이 대표적

티타늄(Titanium)과 같이 내열성이 강하고 내식성이 우수한 합금속도 있지만 이는 가격이 대단히 비싼데다가 가공하기가 어려워 구조재료로 사용하기엔 난점이 많지요. 따라서 현재 군용기와 우주선에서나 사용하고 민간기에서는 제트엔진 부분과 같이 내열성 또는 내식성을 요구하는 아주 중요한 구조의 부품에 극히 제한적으로 쓰고 있습니다.

항공기에 복합 소재가 사용되기 시작한 것은 1940년대에 레이더의 안테나 덮개인 레이돔에 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP : Glass Fiber Reinforced Plastics)을 사용하면서부터입니다. 그러나 이는 외부 압력에 견디는 특성(강성)이 낮아서 항공기의 주 구조물에는 적합하지 못했지요.

그러다 1960년대에 금속 재료보다 강도와 강성이 우수한 복합 재료가 개발되었는데, 탄소섬유나 보론섬유와 플라스틱을 합성한 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)나 BFRP(Boron Fiber Reinforced Plastics)가 그것이지요.

이후 B727, B737 항공기 수평 꼬리날개를 복합 소재로 개발한 것을 비롯, 승강타, 방향타, 스포일러 등 조종면과 엔진 나셀 등으로 사용 범위가 점차 확대됐고, 최근 개발 중인 항공기의 기체 구조물 중 약 20퍼센트 이상을 복합 소재로 만들게 됐습니다.

대한항공 설계ㆍ제작 기술 우수

에어버스의 차세대 항공기 A380의 경우 조종면 및 날개, 동체 등 전체 항공기의 30퍼센트를 복합 소재로 제작했고, 최근 실물을 선보인 B787기는 35톤에 달하는 CFRP를 사용하는 등, 이 비중을 50퍼센트까지 끌어올렸지요. 특히 B787은 동체에 통상 알루미늄이나 티타늄 합금을 사용하던 기존 항공기와는 달리, 첨단 복합 소재를 적용함으로써 기체를 보다 가볍게 해 연료 효율성 20퍼센트 향상은 물론 유지보수 비용도 크게 절감케 됐습니다.

대한항공도 이미 10여 년 전부터 항공산업의 미래를 예측해 복합 소재 설계 및 제작기술 개발에 총력을 기울여 왔습니다. 이번에 그 기술력을 인정받아 B787 개발에 세계 유수의 제작사들과 함께 참여해 성공을 거두었지요.

최근에는 첨단 나노 기술을 접목해 보다 우수한 기능 및 특성을 기대할 수 있는 탄소 나노 튜브(CNT : Carbon Nano Tube) 복합 소재 기술을 항공기용 부품에 적용하는 연구도 활발히 진행되고 있어, 향후 항공기 기체에서 복합 소재가 차지하는 비중은 더욱 커질 것으로 예상됩니다.


[출처] 대한항공 스카이뉴스