[알기 쉬운 복합소재 이야기] 복합소재, 항공우주 소재의 역사를 이끌다
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<p>자율주행 항공기, UAM, 미래비행체… 영화에나 등장할 법한 미래 항공 모빌리티는 더 이상 먼 훗날의 얘기가 아닙니다. 가벼우면서도 고온, 고압을 견디는 뛰어난 물성의 복합소재는 미래 항공기의 성능을 극대화하기 위한 필수 소재입니다. 이번 에피소드에서는 항공우주 소재의 역사와 그 안에서 한국카본의 복합소재가 맡을 역할에 대해서 알아보겠습니다.</p>
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<p><span style="font-size:20px;"><strong>나무에서 복합소재로: 단점을 극복하는 소재의 힘</strong></span></p>
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<p>1903년, 라이트 형제는 <라이트 플라이어>를 개발해 인류 최초의 동력 비행에 성공했습니다. 조종이 가능한 최초의 유인동력 비행기, 라이트 플라이어가 나무 소재 프레임에 천을 덧씌워 만들어졌다는 사실을 알고 계셨나요? 20세기 초중반까지 제작된 비행기는 대부분 목제였습니다. 나무는 가볍고 저렴하며 가공하기 쉽기 때문입니다. 그러나 금속에 비해 내구성이 부족하고, 흡습성이 높은 성질 때문에 눈과 비 등의 기상 환경에 취약한 등 치명적인 단점을 가지고 있습니다.</p>
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<p>이러한 나무 소재의 단점을 보완하기 위해 등장한 것이 금속 소재였습니다. 1915년 후고 융커스는 세계 최초로 몸체 전부에 금속을 적용한 실험적 항공기 "융커스 J 1" 개발에 성공하였습니다. 현재 풀 메탈 구조의 비행기는 많이 찾아볼 수 없게 되었지만, <strong>새로운 소재의 도입을 통해 기존의 단점을 극복</strong>한다는 항공우주 산업의 방향성을 제시한 셈입니다.</p>
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<p>1930년대부터는 강도와 내구성이 높은 금속과 알루미늄 합금이 항공기의 주 재료로 이용되기 시작했습니다. 알루미늄 합금은 금속보다 가벼우면서도 강도가 높아 20세기 중반부터 항공 소재로 널리 각광받았습니다. 그러나 초음속 항공기가 개발되며, 마하의 속도로 비행 시 급격히 높아지는 기체의 표면 온도를 견딜 수 없다는 문제점이 드러나게 되었습니다.</p>
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<p>그에 대안으로 떠오른 것이 바로 <strong>현대 항공우주 소재 기술의 최첨단을 달리는 복합소재</strong>입니다.</p>
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<span style="font-size:20px;"><strong>복합소재를 통해 이끌어가는 항공우주의 경량화 혁신</strong></span></p>
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<p>유리섬유 강화 플라스틱(GFRP)은 항공기에 적용된 최초의 경량 복합소재입니다. 내열성과 내식성이 뛰어난 수지(에폭시, 폴리에스테르)를 유리섬유로 강화한 것으로, 가벼운 무게와 내구성, 두 마리 토끼를 모두 잡아야 하는 항공 소재로 적합합니다. 탄소, 유리섬유를 비롯한 복합소재는 1970~80년대부터 본격적으로 적용률이 증가해, 현대에는 높은 성능과 경량화가 필요한 최첨단 항공기에 두루 활용되고 있습니다.</p>
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<p>복합소재의 가장 큰 장점은 <strong>높은 강도를 잃지 않으면서도 경량화가 가능</strong>하다는 것입니다. 기체의 무게가 가벼울수록 비행 시 에너지가 덜 들기 때문에, 연비를 향상하고 장기적으로 운영 비용을 절감할 수 있습니다. 인도 NAL(National Aerospace Laboratories)의 2005년 연구에 따르면 항공기의 무게가 20% 가벼울 때, 10,000km 운행할 동안 약 8,660kg의 연료를 절약할 수 있다고 합니다. 그 대표적인 예시가 민항기 최초로 복합소재를 전면 도입한 보잉 787 드림라이너입니다. B787은 복합소재 적용 비율이 50%에 육박하며, 연비 효율이 가장 높은 항공기 중 하나입니다.</p>
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<p>항공우주 소재에는 우주 발사체나 항공기 엔진 등 고온 및 고압의 극한 환경을 견디는 뛰어난 특성이 요구됩니다. <strong>내식성과 피로로 인한 손상에 저항성이 높은 복합소재</strong>는 부품 수명이 길고, 그에 따른 폐기물 절감 효과도 가지고 있습니다. 또한 성형 과정을 통해 다양한 모양을 제작할 수 있어, 디자인 자유도가 높다는 장점도 주목할 만합니다.</p>
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<p><span style="font-size:20px;"><strong>한국카본, 드넓은 창공을 누비며 나아가다</strong></span></p>
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<p><strong>한국카본은 미래 성장동력으로서 항공우주 부품 사업을 적극 추진해 나가고 있습니다. </strong>2017년 항공용 부품 제조사KCI를 인수하여 보잉의 B787 드림라이너, 에어버스의A380, 걸프스트림의 G280을 비롯한 다양한 항공기에 복합소재 부품을 납품하고 있고, 2018년에는 무인항공기·UAM 종합 전문 기업 KAT를 설립하여 최첨단 UAV 및 UAM 기술을 개발하고 있습니다. 2022년에는 항공기 부품사 c2i를 인수하여 본격적인 유럽 시장 진출에 나섰습니다.</p>
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<p>2019년 6월에는 항공기 내장재용 페놀 유리 프리프레그(Phenolic Glass Prepreg)를 통해 첫 번째 보잉 소재 규격(BMS) 인증을 획득하였습니다. 이는 한국카본의 제품을 보잉 및 협력업체에 공급할 수 있게 되었다는 의미입니다. 성장에 노력을 아끼지 않는 한국카본은 다양한 국책과제를 통해 UAM(도심항공교통) 핵심부품의 국산화 역시 추진 중입니다. 한국카본의 복합소재가 적용된 미래 항공기가 하늘을 자유롭게 누빌 내일이 기대됩니다.</p>
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<p>나무로부터 발전한 항공우주 소재는 항공기의 퍼포먼스 향상을 위해 그 종류와 형태를 달리해 왔습니다. 한국카본은 앞으로 계속해 등장할 새로운 모빌리티 기술에 발맞추어 복합소재와 솔루션을 개발하고, 항공우주 산업의 선두에서 보다 편안하고 안전한 미래를 만들어 나갈 것입니다. 이상으로 '알기 쉬운 복합소재 이야기'였습니다. 다음 스토리에서 또 다른 유익한 이야기로 만나 뵙겠습니다!</p>
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