2019 파리 에어쇼: 주요 하이라이트 및 업계 인사이트

사용된 탄소 섬유는 미쓰비시 케미칼 카본 파이버 앤 컴포지츠(Mitsubishi Chemical Carbon Fiber & Composites Inc., 미국 캘리포니아주 새크라멘토)의 건식 50K 소재로, 주로 MTorres가 보유한 소재였기 때문에 선택되었습니다. 레진은 '표준' 산업용 터프닝 에폭시였습니다. 이다레타는 패널이 NASA의 앨런 네틀스(Alan Nettles)에 의해 테스트되었으며 잘 수행되었다고 말했습니다. 특히 리브/스킨 본딩이 훌륭했다고 말했습니다. 차이는 패널의 약점이 리브 조인트라는 것을 인정했는데, 이는 크로스 플라이 [0/90] 라미네이트입니다. 리브는 모두 [0]이었습니다. 그래서 조인트는 단방향 인장 강도의 약 절반, 단방향 압축 강도의 절반보다 약간 더 높았습니다. 그 약점에도 불구하고, 그리드/스킨 강도는 동일한 설계의 현재 알루미늄 기술보다 두 배 이상이며, 복합재의 추가적인 경량화는 계산하지 않은 것입니다. 차이는 또한 알루미늄이 자신의 설계가 제공하는 강도 특성을 달성하려면 세 배의 무게가 필요하다고 말했습니다.

이 기술의 다음 단계는 무엇인가? 차이는 "적용 준비가 되었다"고 말하며, 동체 구조, 우주 발사체 본체, 자동차 패널, 배터리 케이스 등 여러 가능한 부품 유형을 나열했습니다. 이다레타는 MTorres가 곡면 패널과 풀 배럴 패널 개발을 포함하여 설계를 반복하고 있다고 말했습니다. 둘 다 달성 가능하다고 말했습니다.

또한 차이의 설계의 여러 측면은 다양한 하중 케이스를 충족하도록 수정될 수 있습니다. 여기에는 리브 폭, 리브 높이, 교차 각도, 리브 간 간격이 포함됩니다. 또한 MTorres가 에어쇼에서 전시된 패널을 인퓨전으로 만들었지만, 기존 열경화성 프리프레그로도 제작될 수 있습니다.

GKN 에어로스페이스(GKN Aerospace). 상용 날개 전문 기업 GKN 에어로스페이스(영국 레디치)는 에어쇼에서 에어버스 '윙 오브 투모로우(Wing of Tomorrow)' 프로그램의 자사 부분에 대한 첫 부품을 제조했다고 발표했습니다. 이는 5년(2018-2022)간 다중 기업, 영국 캐터펄트 노력으로, 차세대 단일 통로 항공기에 배치될 수지 인퓨전 탄소 섬유 복합재 날개의 고속(월 100대) 제조를 위한 소재와 공정 기술 개발을 목표로 합니다.

GKN 에어로스페이스의 기술 부사장 폴 페레라(Paul Perera)가 에어쇼에 참석하여 프로그램에 대한 추가 세부 사항을 제공했습니다. 그는 GKN이 현재 날개용 스파와 리브에 60명이 작업 중이며, 주요 작업은 올해 말 새로운 시설로 이전할 GKN의 글로벌 기술 센터에서 수행된다고 말했습니다.

스파는 GKN이 건식 섬유 배치 후 인퓨전할 예정입니다. 리브는 열가소성 복합재와 알루미늄으로 제작될 예정입니다. 국립 복합재 센터(NCC, 영국 브리스톨)는 윙 오브 투모로우를 위한 여러 기술을 연구 중이며, iCAP(디지털 역량 획득 프로그램)을 통한 데이터 기반 자동화 솔루션 개발, 루프 테크놀로지(Loop Technology, 영국 도체스터 파운드베리)가 개발한 자동 섬유 절단 및 배치 시스템이 날개 제조에 사용될 예정입니다. 노스롭 그루먼(구 오비탈 ATK, 미국 유타주 클리어필드)은 프로그램용 스트링거를 개발 중입니다. 하부 날개 스킨은 스피릿 에어로시스템즈가 스코틀랜드 프레스윅 시설에서, 상부 날개 스킨은 에어버스가 제작합니다. 목표는 향후 18개월 내 에어버스 영국 브로턴 날개 공장으로 3척 분량 납품하여 조립하는 것으로, 첫 번째는 2020년 6월, 두 번째는 2020년 말, 세 번째는 2021년 초입니다. 궁극적으로 프로그램이 계획대로 진행된다면, 수지 인퓨전이 차세대 단일 통로용 복합재 날개의 고속 생산을 위한 실행 가능한 공정임을 입증할 것입니다. 페레라는 와이트 섬 영국 GKN 시설에서 생산되고 평가된 1미터 스파 섹션이 소재와 공정이 응용에 적합함을 보여준다고 말했습니다.

페레라는 윙 오브 투모로우 프로그램의 주요 부분이 자동화 개발을 중심으로 돌아갈 것이라고 지적했습니다. 사실, 그는 자동화가 차세대 항공우주 제조를 위한 수지 인퓨전의 핵심 인에이블러가 될 것이라고 말했습니다.

솔베이 복합재 소재(Solvay Composite Materials). 항공우주 제조 산업화와 생산 효율성에 대한 초점이 소재 공급업체로 어떻게 흘러내려가는지 증거를 찾고 있다면, 솔베이 복합재 소재(미국 조지아주 알파레타)만 보면 됩니다. 이 회사는 항공우주 등급 레진, 테이프, 프리프레그를 어디서 어떻게 생산하는지 재평가하는 다년간 노력의 중간에 있습니다. 솔베이의 강조점은 더 적은 제품 번호를 고도로 전문화된 장비에서 생산하여 차세대 항공기의 속도와 품질 요건을 충족할 수 있는 시설에 초점을 맞춘 운영 전략 개발에 있습니다. 마크 도일(Marc Doyle) 솔베이 항공우주 부문 수석 부사장은 영국의 렉섬(Wrexham)에 있는 회사의 새로운 시설이 이 노력의 상징적이라고 말합니다. 2018년 9월 개장한 그 공장은 단 두 개의 제품 번호(접착제)만 생산하지만, 고객의 적시 요구사항을 충족하도록 설계된 고도로 구조화되고 고도로 최적화된 자동화 주도 환경에서 생산됩니다. 회사는 모든 새 시설에 이 모델을 따를 것으로 기대하며, 기존 공장도 전환을 시도할 것입니다.

소재 혁신 전선에서, 솔베이는 두 가지 주목할 만한 노력을 강조했습니다. 하나는 열가소성에, 다른 하나는 탄소 섬유에 초점을 맞춥니다. 마이크 블레어(Mike Blair) 연구혁신 수석 부사장은 열가소성의 가장 큰 도전/기회 중 하나가 높은 온도 델타라고 말했습니다. 즉, 열가소성의 높은 공정 온도는 냉각 시 부품에 열팽창 계수(CTE) 문제를 일으킬 수 있으며, 특히 대형 부품에서 그렇습니다. 목표? 폴리케톤 화학을 수정하여 유리 전이(T_g) 온도에 영향을 주지 않고 공정 온도를 낮추는 것. 회사는 또한 자동화 장비에서 열가소성의 공정성과 취급성을 높이는 방법을 모색하고 있습니다. "우리의 표준 PEEK와 PEKK 소재는 실제로 잘 작동합니다."라고 블레어는 말했습니다. "단지 그들을 더 적응 가능하게 만들기 위해 수정하면 됩니다."

탄소 섬유 주변의 혁신도 마찬가지로 흥미롭습니다. 2017년, 솔베이는 대형 토우 폴리아크릴로니트릴(PAN) 제조업체인 유러피안 카본 파이버 GmbH(독일 켈하임)를 인수하여 50K 토우 탄소 섬유용 새롭고 건전한 PAN 공급원을 확보했습니다. 이를 바탕으로 과제가 제기되었습니다: 대형 토우 탄소 섬유를 중간 계수(IM) 소형 토우 탄소 섬유의 성능 특성을 제공하도록 포맷할 수 있는가? 블레어는 이 아이디어가 사고를 자극하지만 사소하지 않다고 말했습니다. 그는 50K 토우 섬유를 다루는 것 자체가 섬유를 손상시킬 수 있다고 지적했습니다. 그래서 솔베이가 무엇을 염두에 두고 있는지 너무 많이 밝히지 않으면서, 블레어는 회사가 섬유 손상을 피하기 위한 취급 기술을 연구하고 있다고 말했습니다. "이것에 대한 공격적인 일정은 18개월이 될 것입니다."라고 그는 말했습니다.

도레이 어드밴스드 복합재(Toray Advanced Composites). 이전 텐케이트 어드밴스드 복합재(TenCate Advanced Composites)는 이제 도레이에 완전히 흡수되어 3월부터 도레이 어드밴스드 복합재(미국 캘리포니아주 모건 힐)로 불립니다. 스티브 미드(Steve Mead) 전무이사는 EVOTL이 현재 회사에 특히 활발한 분야라고 말했습니다(열경화성과 열가소성 모두). 그는 "우리는 신흥 EVOTL 프로그램에 소재를 공급하고 있다"고 말하며, "복합재는 이 항공기들의 기생 배터리 무게 때문에 진정한 인에이블러다. 비복합재 소재는 선택지가 아니다."라고 언급했습니다. 항공우주 품질 제조가 자동차 속도로 결합되는 것은 흥미롭다고 그는 말했습니다.

에비에이션(Eviation). 파리 에어쇼에서 더 높은 프로필의 도입 중 하나는 에비에이션(이스라엘 카디마-초란)이 도입한 앨리스(Alice)라는 완전 전기, 완전 복합재 항공기였습니다. 앨리스는 650마일/1,000km 항속거리, 순항 속도 240노트의 9인승 지역 수송기입니다. 이 항공기는 꼬리에 하나의 주 푸셔 프로펠러와 날개 끝에 두 개의 추가 푸셔 프로펠러를 갖추어 항력을 줄이고 이중화를 만듭니다. 에비에이션의 CEO 오마르 바르-요하이(Omar Bar-Yohay)가 항공기를 소개하고 비행 테스트는 미국 워싱턴주 모세스 레이크에서 수행되며, 2020년 말 또는 2021년 초 미국 연방항공청(FAA) 인증이 이어질 것이라고 말했습니다. 항공기 정가는 400만 달러이며, 바르-요하이는 회사가 인증과 초기 생산까지 완전히 자금이 확보되었다고 말했습니다.

쇼에 전시된 기체는 불과 일주일 전에 조립된 비비행 프로토타입이었습니다. 이 항공기가 궁극적으로 어디서 어떻게 생산될지는 지켜봐야 합니다. 프로토타입의 경우, 여러 공급업체가 제작한 복합재 구조물로부터 조립되었습니다. 하나는 멀티플라스트(Multiplast, 프랑스 반), 카르보만 그룹 SA(Carboman Group SA, 반)의 일부인 5개사 롤업으로, 디시전(Decision, 스위스 에큐블랑), SNE SMM(프랑스 라네스테르), 플라스티노브(Plastinov, 프랑스 사마장), 플라스테올(Plastéol, 사마장)도 포함됩니다. 해양 구조물 제조 이력이 있는 멀티플라스트는 앨리스의 동체를 오토클레이브 외(OOA) 방식으로 노멕스 허니컴 코어 샌드위치 구조로 제작했습니다. 동체는 우현/좌현 센터라인 구성으로 두 반쪽으로 제작되어 두 동체 섹션이 본딩/패스닝되었습니다(타임랩스 비디오 참조). 멀티플라스트는 시리즈 생산 계약을 따낼지 모르지만, 회사는 제작을 산업화하기 위해 소재와 공정 관점에서 무엇이 필요한지 평가하고 있다고 말합니다. 앨리스의 날개와 벨리 페어링은 컴포지트 클러스터 싱가포르(CCS)가 공급했습니다.

스트라타시스(Stratasys). 적층 제조(AM) 기계 전문 기업 스트라타시스(미국 미네소타주 에덴 프레리)는 파리 에어쇼에서 부품 및 툴링 생산을 위한 AM 사용 능력을 강조했습니다. 복합재 제조에서는 툴링에 초점을 맞췄습니다. 회사는 스트라타시스 기계로 만든 두 개의 금형을 부스에 전시했습니다. 소재는 사빅(SABIC)의 ULTEM 1010, 오토클레이브 가공에 적합한 비강화 폴리에테르이미드(PEI)입니다. 첫 번째 금형은 탄소 섬유 윙 리딩 에지 제작용으로, 인몰드 전극을 탑재하여 프리프레그 가열 용량을 높이고 경화 시간을 1.5시간에서 단 10분으로 단축했습니다. 다른 부품은 붐 에어로스페이스(Boom Aerospace, 미국 콜로라도주 센테니얼)가 개발 중인 초음속 상용 항공기 오버추어(Overture)용 소형 부품 제작을 위한 레이업 툴이었습니다. 스트라타시스의 제조 솔루션 부사장 스콧 세빅(Scott Sevcik)은 붐이 이미 스트라타시스 기계 2대를 사용 중이며, 올해 말 세 번째가 인도될 예정이라고 말했습니다. 세빅은 스트라타시스가 올해 말 AM용 잘게 잘린 탄소 섬유 강화 소재 2종을 새로 출시할 예정이며, 연속 섬유 강화 AM에도 작업 중이라고 말했습니다.

붐 에어로스페이스(Boom Aerospace). 파리 에어쇼에서 또 다른 화려한 발표는 붐 에어로스페이스(미국 콜로라도주 엥글우드)에서 나왔습니다. 앞서 언급했듯이 오버추어(Overture)라는 완전히 새로운 초음속 여객기 개발 중입니다. 붐의 CEO이자 창업자 블레이크 숄(Blake Scholl)은 기자 회견에서 붐이 복합재 집약적 XB-1 완성에 가까워졌다고 말했습니다. 이는 오버추어의 축소 프로토타입으로, 2019년 말까지 롤아웃되고 2020년 중 시험 비행될 것으로 예상됩니다. 이 시험 비행들은 숄이 말한 대로 항공기의 설계 및 엔지니어링 원칙을 평가하고, 교훈을 오버추어의 최종 설계와 생산에 적용하기 위해 설계되었습니다. 오버추어는 2020년대 중반 취역이 예상됩니다. 이는 붐이 처음 예상했던 것보다 더 긴 일정입니다. "이것은 야심 찬 프로젝트입니다."라고 숄은 말했습니다. "초기에는 너무 낙관적이기 쉽습니다."

오버추어는 최대 속도 마하 2.2, 순항 고도 60,000피트(19,354미터)를 가지며, 승객(55-75명)을 시드니에서 로스앤젤레스까지 단 7시간, 워싱턴 D.C.에서 런던까지 단 3.5시간 만에 수송할 것입니다. 숄은 오버추어의 티켓 비용이 좌석당 마일 기준 현재 항공사 가격과 경쟁력이 있을 것으로 예상된다고 말했습니다. 숄은 또한 오버추어가 프로메테우스 퓨얼(Prometheus Fuels)이라는 기술을 사용할 것으로 예상된다고 말했습니다. 이는 대기 중 탄소를 전기로 휘발유 또는 붐의 경우 제트 연료로 변환하는 기술로, 재생 가능한 자원에서 공급된 전기를 사용합니다. 이렇게 함으로써, 그는 항공기가 순 제로 탄소 초음속 비행을 제공할 것이라고 말했습니다.