복합재료는 경량성, 고강도, 내식성 및 가소성 덕분에 저고도 항공기 제작에 이상적인 소재로 자리 잡았습니다. 효율성, 배터리 수명 및 환경 보호를 추구하는 저고도 경제 시대에 복합재료의 사용은 항공기의 성능과 안전에 영향을 미칠 뿐만 아니라 전체 산업 발전을 촉진하는 핵심 요소입니다.
탄소 섬유복합재료
경량성, 고강도, 내식성 등의 특성으로 인해 탄소 섬유는 저고도 항공기 제작에 이상적인 소재로 자리 잡았습니다. 항공기 무게를 줄일 뿐만 아니라 성능과 경제성을 향상시켜 기존 금속 소재를 효과적으로 대체할 수 있습니다. 스카이카에 사용되는 복합 소재의 90% 이상이 탄소 섬유이며, 나머지 약 10%는 유리 섬유입니다. eVTOL 항공기에서 탄소 섬유는 구조 부품 및 추진 시스템에 널리 사용되어 약 75~80%를 차지하며, 빔 및 좌석 구조와 같은 내부 부품에는 12~14%, 배터리 시스템 및 항공 전자 장비에는 8~12%를 차지합니다.
섬유유리 복합 재료
내식성, 고온 및 저온 저항성, 방사선 저항성, 난연성 및 노화 방지 특성을 지닌 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP)은 드론과 같은 저고도 항공기 제조에 중요한 역할을 합니다. 이 소재를 적용하면 항공기 무게를 줄이고 탑재량을 늘리며 에너지를 절약하고 미려한 외관 디자인을 구현할 수 있습니다. 따라서 GFRP는 저고도 항공 산업의 핵심 소재 중 하나로 자리매김했습니다.
저고도 항공기 제작 공정에서 유리섬유 직물은 기체, 날개, 꼬리 부분과 같은 주요 구조 부품 제조에 널리 사용됩니다. 유리섬유 직물의 경량성은 항공기의 순항 효율을 향상시키고 구조적 강도와 안정성을 강화하는 데 도움이 됩니다.
레이돔이나 페어링처럼 뛰어난 전파 투과율이 요구되는 부품에는 일반적으로 유리섬유 복합재료가 사용됩니다. 예를 들어, 고고도 장거리 무인항공기(UAV)와 미 공군의 RQ-4 "글로벌 호크" UAV는 날개, 꼬리, 엔진실, 후방 동체에 탄소섬유 복합재료를 사용하는 반면, 레이돔과 페어링은 신호 전송의 선명도를 보장하기 위해 유리섬유 복합재료로 제작됩니다.
유리섬유 직물은 항공기 페어링과 창문을 만드는 데 사용될 수 있으며, 이는 항공기의 외관과 아름다움을 향상시킬 뿐만 아니라 탑승객의 편안함도 높여줍니다. 마찬가지로, 위성 설계에서도 유리섬유 직물은 태양광 패널과 안테나의 외피 구조를 제작하는 데 사용될 수 있으며, 이를 통해 위성의 외관과 기능적 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
아라미드 섬유복합재료
생체 모방형 천연 벌집 구조의 육각형 구조로 설계된 아라미드 종이 허니콤 코어 소재는 탁월한 비강도, 비강성 및 구조적 안정성으로 높은 평가를 받고 있습니다. 뿐만 아니라, 이 소재는 우수한 방음, 단열 및 난연성을 갖추고 있으며, 연소 시 발생하는 연기와 독성 물질이 매우 적습니다. 이러한 특성 덕분에 항공우주 및 고속 운송 수단과 같은 첨단 분야에 널리 사용되고 있습니다.
아라미드 종이 벌집 코어 소재는 가격이 높지만, 항공기, 미사일, 위성과 같은 고성능 장비, 특히 광대역 파동 투과율과 높은 강성이 요구되는 구조 부품 제조에 핵심 경량 소재로 자주 선택됩니다.
가벼운 이점
아라미드 종이는 동체 구조의 핵심 소재로서, 특히 탄소 섬유 허니콤 샌드위치 구조층으로서 eVTOL과 같은 주요 저고도 경제 항공기에서 중요한 역할을 합니다.
무인 항공기 분야에서도 노멕스 허니콤 소재(아라미드 종이)는 동체, 날개 표면, 앞전 등 여러 부품에 널리 사용됩니다.
다른샌드위치 복합재료
무인 항공기와 같은 저고도 항공기는 제조 과정에서 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유와 같은 강화 소재를 사용하는 것 외에도 벌집 구조, 필름, 발포 플라스틱, 발포 접착제와 같은 샌드위치 구조 소재가 널리 사용됩니다.
샌드위치 재료 선택 시 일반적으로 사용되는 재료로는 벌집형 샌드위치(종이 벌집, 노멕스 벌집 등), 목재 샌드위치(자작나무, 오동나무, 소나무, 피나무 등) 및 폼 샌드위치(폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌 폼 등)가 있습니다.
폼 샌드위치 구조는 방수 및 부력 특성과 날개 및 꼬리 날개 내부 구조의 빈 공간을 통째로 채울 수 있는 기술적 이점 때문에 무인 항공기 기체 구조에 널리 사용되어 왔습니다.
저속 무인 항공기(UAV) 설계 시, 강도 요구량이 낮고 형상이 규칙적이며 곡면이 크고 배치가 용이한 부품(예: 전익 안정판, 수직 꼬리날개 안정판, 날개 안정판 등)에는 일반적으로 벌집형 샌드위치 구조가 사용됩니다. 승강타, 방향타, 보조익 방향타 표면 등 복잡한 형상과 작은 곡면을 가진 부품에는 발포 샌드위치 구조가 선호됩니다. 더 높은 강도가 요구되는 샌드위치 구조에는 목재 샌드위치 구조를 선택할 수 있습니다. 동체 외피, T형 빔, L형 빔 등 높은 강도와 강성이 모두 요구되는 부품에는 일반적으로 적층 구조가 사용됩니다. 이러한 부품의 제조에는 사전 성형이 필요하며, 요구되는 평면 강성, 굽힘 강도, 비틀림 강성 및 강도에 따라 적절한 강화 섬유, 기지 재료, 섬유 함량 및 적층 방식을 선택하고, 다양한 적층 각도, 층 수 및 적층 순서를 설계하고, 다양한 가열 온도와 가압 압력을 통해 경화시킵니다.
게시 시간: 2024년 11월 22일
