항공 - 비행기를 가볍게 하자

항공 - 비행기를 가볍게 하자

항공기가 처음 나왔을 때 주재료는 천이나 나무였지만 시간이 흐르면서 항공기의 속도가 빨라지며 크기가 커지고 이것으로 충분한 구조강도가 나오지 않았다. 그래서 1930~1940년대를 전후해서 전금속제 항공기가 주류로 부상하기 시작했다. 이때에 쓰인 금속은 알루미늄이었다. 철보다 가벼우면서 항공기에 사용하기에 충분한 강도가 있으며 붉은 녹이 슬지 않아서 관리도 비교적 쉽기 때문이었다.

그렇지만 알루미늄이라고 습기에 산화되지 않는 것은 아니기에 경우에 따라서 알루미늄보다 훨씬 강한 기계적 내구성이 필요한 경우가 있다. 게다가 알루미늄은 근본적으로는 금속이므로 (철보다 가볍지만) 상당한 무게를 띈다. 항공기는 무게가 무거우면 무거울 수록 연비를 나빠진다고 한다.

CFRP는 그 이름에서도 알 수 있듯이 탄소섬유가 첨가된 플라스틱이다. CFRP는 제작단가가 비싸지만 거기에 들어가있는 탄소섬유의 무게는 강철의 1/4, 강도는 10배에 달하며 가볍고도 강한 소재가 필요한 항공기에 매우 적합하다고 본다.

또한 CFRP는 기본적으로 플라스틱이며 형틀을 이용해 원하는 크기나 어떤 모양으로 찍어낼 수 있다고 한다. 따라서 복잡한 곡명으로 구성되어 있는 항공기의 부품도 골치아픈 재단이나 후기공이 필요없을만큼 만들어 낼 수 있다. 과거 알루미늄 판으로 항공기는 각 패널과 기골의 연결에 너트와 볼트, 리벳 등이 필요했었던 것에 비해서 CFRP는 그런 것들도 필요없을 만큼 날개나 동체를 통으로 찍어내 만들 수 있는 것이다. 이로써 알루미늄 판의 결합에서 필요했던 부속의 무게가 줄어들면서 패널과 패널 사이의 빈틈이 패널라인도 없어지게 되면서 더욱더 공기역학적으로 우수한 기체를 만들어 낼 수 있다.

CFRP의 사용으로 항공기의 내피로성과 구조 강도 우수해지므로, 객실 창문도 더욱더 크게 만들어낼 수 있으며 근본적으로 부식의 우려가 없는 플라스틱이라 탑승객에게 지상의 습도에 가깝고 더욱 높은 습기(30~40%)가 포함된 공기를 제공하고 더욱 편안하게 항공여행이 가능한 것이다.

이렇듯 많은 장점이 있기 때문에 CFRP는 이미 많은 항공기에서 많이들 사용되고 있으며 보잉 787 드림라이너와 에어버스 A350 XWB이며 일본의 F-2지원 전투기 초가 CFRP 찍어내 만들어진 통짜이다. 우리나라의 T-50 고등훈련기도 상당부분들이 CFRP로 만들어져 있는 것이다.

CFRP는 그 외에도 여러 항공기의 부품에서 광범위하게 사용되어 지고 있으며 심지어 일상용품 중에서도 스포츠용품, 차량의 부품 그리고 가전제품 등에서 강함과 가벼움이 동시에 필요한 곳에서 CFRP를 어렵지 않게 찾아낼 수 있다.