다기능 동체 시연기 발전: 지속가능 항공 혁신 선도

연료 배출과 에너지 소비 감소, 단일 통로 상용 항공기를 월 60대 이상 생산할 수 있는 능력은 2035년 이후 하늘을 날 차세대 항공기 기술 개발을 이끄는 클린 스카이 2 유럽 파트너십의 동력입니다. 경량 복합재와 더 빠르고 환경친화적인 제조 공정이 이 목표를 현실로 만들고 있으며, 특히 다기능 동체 시연기(MFFD) 프로젝트에서 그렇습니다.

이 프로젝트의 주요 산출물은 에어버스(Airbus, 독일 함부르크)가 주도하고 학계와 항공 산업 파트너들과 함께 2022년까지 생산할 8미터 길이 열가소성 복합 단일 통로 상용 항공기 동체 배럴 시연기입니다. MFFD는 클린 스카이 2의 대형 여객기(LPA) 혁신 항공기 시연 플랫폼(IADP) 내에서 생산되는 3개 풀스케일 동체 섹션 중 하나입니다.

2014년 시작된 MFFD 프로젝트 목표는:

• 월 60-100대 항공기 생산 속도 달성
• 동체 중량 1,000kg 감량
• 반복 비용 20% 절감

이 목표 달성을 위해 수십 개 개별 프로젝트와 작업 패키지 완료 중이며, 두 주요 구조물 생산: 상부 동체 쉘과 하부 동체 쉘, 이들이 용접되어 최종 시연기 형성. 사실 패스너나 구멍 없는 먼지 없는 결합(용접을 통한)이 프로그램 주요 구성 요소 중 하나입니다. 두 절반 모두 토레이 세텍스 TC1225 저융점 폴리아릴에테르케톤(PAEK) 탄소섬유 열가소성 프리프레그로 제작됩니다. 독일 항공우주센터(DLR, 아우크스부르크) 결합·조립 기술 책임자 라스 라르센(Dr.-Ing. Lars Larsen) 박사에 따르면 두 절반은 서로 다른 제조 기술 사용 테스트할 예정입니다.

하부 동체 섹션은 프로젝트 스터닝(STUNNING, SmarT mUlti-fuNctionNal and INtegrated thermoplastic fuselaGe)을 통해 생산되며, 그 자체로 많은 하위 프로젝트 포함(MECATESTERS, 유도 용접 중심). 하부 섹션은 용접된 스트링거와 프레임이 있는 하부 동체 쉘, 객실 및 화물 바닥 구조, 관련 인테리어와 시스템 요소 포함.

스터닝은 GKN 포커(GKN Fokker, 네덜란드 파펜드레흐트) 주도로 디엘 에비에이션(Diehl Aviation, 독일 라우프하임), 네덜란드 항공우주센터(NLR, 암스테르담), 델프트 공대(TU 델프트, 델프트) 등 핵심 파트너와 함께합니다. 프로젝트는 자동 조립 공정, 열가소성 제조와 용접 기술, 통합 설계·제조 개발, 첨단 전기 시스템 아키텍처 성숙 목표.

"우리 산업 영향은 두 가지입니다: 시연기 조립에 적용하는 자동화 수준, 지속가능한 부품 생산 방식 개발."라고 GKN 포커 프로그램 매니저 바스 벨드만(Bas Veldman) 박사는 말합니다.

벨드만이 2020년 2월 발표한 논문에 따르면, 하부 동체 모듈식 조립이 빠른 생산 시간 목표 달성에 핵심입니다. 동체 메인 스킨 제조를 위해 탄소섬유/열가소성 프리프레그 대형 프리폼이 초음파 또는 레이저 가열 자동 테이프 적층(ATL) 머신으로 배치되지만 인시츄 통합되지는 않습니다. 디테일은 자동 섬유 배치(AFP) 머신으로 배치. 로봇이 프리폼을 암형 통합 금형에 배치하고 배깅 후 스킨을 오토클레이브에서 통합. 벨드만에 따르면 오토클레이브 외 공정도 조사 중. 스트링거와 프레임이 스킨에 용접됩니다.

"원래 올해 모든 부품 제조 계획이었습니다." 벨드만은 말하지만, 코로나 관련 지연으로 "내년으로도 넘어가고 있습니다. 하지만 꽤 많은 부품이 이제 완료되었습니다." 작은 프레스 성형 부품들(클립, 스트럿, 브라켓 등) 포함, 항공기 시트 등 부착용으로 사용될 것들. 지속가능 제조 강조하며, 일부 클립은 시연기 다른 부품들에서 나온 재사용 오프컷으로 제조되었다고, 클린 스카이 2 프로젝트 에코-클립(ECO-CLIP)을 통해.

2020년 초 시작된 8미터 길이 상부 쉘 생산 컨소시엄에는 에어버스, 프리미엄 에어로텍(Premium Aerotec, 독일 아우크스부르크, 산업·구조 설계 리드), DLR(스킨 레이업과 용접 기술 개발 담당), 아에르노바(Aernnova, 스페인 비토리아-가스테이즈, 스트링거 생산)가 포함됩니다.

상부 절반 설계. 사진: 독일 항공우주센터(DLR)

항공우주 산업이 더 비싼 열가소성 소재로 전환하려면, 라르센은 "생산 중 비용 절감이 가능함을 보여줘야 합니다."라고 말합니다. 상부 절반 컨소시엄은 탄소섬유/PAEK 스킨 레이업에 주목할 만한 인시츄 통합 신규 첨단 섬유 배치(AFP) 기술 개발, 스트링거, 프레임 등 구성요소 통합을 위한 연속 초음파 용접과 저항 용접 산업화 개발로 안전성 개선과 비용 절감. DLR은 먼저 1미터 길이 사전 시연기 테스트 쉘로 기술 검증 후 풀스케일 시연기 제작, 2020년 말까지 사전 시연기 쉘 스킨 제작 목표. 스트링거 통합은 2021년 초 예정.

두 절반 풀스케일 버전은 2021년 말까지 완료 예상. 완료되면 프라운호퍼 제조기술·첨단소재연구소 IFAM(독일 슈타데)에서 최종 시연기로 용접될 예정.