항공우주 시험
항공우주 산업은 경제적, 전략적으로 매우 중요한 핵심 기술을 대표합니다. 현재 비행 관리 및 관제 시스템이 크게 발전하면서 자율 및 무인 비행, 즉 첨단 항공 모빌리티 (AAM)와 무인 항공 시스템 (UAS)을 위한 개발이 본격화되고 있습니다. 오늘날의 신 우주 시대에 민간 기업들은 증가하는 우주 발사 서비스의 수요를 충족하기 위해 기존 우주 기관과 협력하고, 전 세계적으로 자체 로켓 발사 시스템을 개발하기 위해 분주하게 움직이고 있습니다. 항공 산업을 지속 가능한 미래로 이끈다는 목표를 바탕으로 중기적으로는 지속 가능한 항공 연료 (SAF), 장기적으로는 수소를 기반으로 한 구동 시스템 개발이 가속화되고 있습니다. 기존 항공기는 업그레이드되고, 항공기 정비 (MRO: maintenance, repair and overhaul)에 대한 수요는 지속적으로 늘고 있습니다.
ZwickRoell은 -253°C (20K)의 극저온 재료 물성시험 시스템부터 최대 2000°C의 고온 시험 시스템까지 고객이 더욱 효율적인 경량 재료 및 구조물을 개발할 수 있도록 지원합니다. 금속 재료, 섬유강화 플라스틱 및 샌드위치 복합재료, 세라믹 재료의 기계적 시험과 항공우주 산업에서 사용되는 잠금장치 시험에 대한 ZwickRoell의 전문 지식과 오랜 경험, 해당 분야에 관한 심층적인 이해를 확인해 보세요. ZwickRoell의 정적 및 동적 재료 물성시험기는 전 세계 항공우주 고객이 모든 기술준비도 (TRL)에서 사용하고 있으며, NADCAP 공인 시험 솔루션을 지원합니다.
알루미늄 합금은 중량별 특성이 유리하고, 생산 공정과 계산법이 이미 정립되어 있기 때문에 항공우주 구조물에 널리 사용됩니다. 또 다른 경금속인 티타늄 합금 역시 중량별 특성이 매우 유리하고, 알루미늄과 비교했을 때 내마모성이 훨씬 뛰어나며, 고온 특성도 매우 우수합니다. 따라서 이 두 가지 금속은 기계적으로 높은 응력이 가해지는 부품이나 엔진 부품으로 특히 많이 사용됩니다. 이보다 작은 규모에서는 똑같이 높은 응력을 받는 구조 부품에 고강도 강철 합금을 사용할 수 있습니다.
금속 적층 제조 공정이 크게 발전하면서 기존 제조 공정으로는 이전에 구현할 수 없었던 매우 복잡한 경량 구조물을 이제 설계할 수 있습니다. 금속 재료, 특히 경금속 및 그 합금은 항공기 및 우주 시스템의 설계 및 생산에서 핵심적인 역할을 합니다.
중요한 금속 시험 규격
정적 시험법 외에도 금속 재료에 대한 피로 시험은 실제 하중 조건에서 항공우주 구조물에 사용되는 금속 재료의 거동을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. ZwickRoell은 시험 시스템을 통해 일반적인 금속 규격을 모두 다룹니다. ZwickRoell은 규격화된 솔루션 외에도 다양한 수준의 고객 맞춤형 조정 모델과 자동 금속 시험 시스템을 제공합니다.
섬유강화 플라스틱 및 샌드위치 복합재료
뛰어난 중량별 특성 덕분에 섬유강화 플라스틱 및 샌드위치 복합재료는 항공우주 기술에 사용되는 경량 구조물로 확고하게 자리 잡았습니다. 특히 탄소섬유강화플라스틱 (CFRP)으로 만든 라미네이트는 유리한 피로 특성으로 인해 항공우주 구조물의 시공 및 설계를 간소화할 수 있습니다. 섬유강화 플라스틱은 기존 금속 소재에 비해 내마모성이 높기 때문에 항공우주 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 항공우주 산업은 합성 라미네이트 및 샌드위치 복합재료의 특성화를 위한 복합재료 시스템, 제조 공정 및 기계적 시험법의 지속적인 개발을 선도해 왔으며 앞으로도 그 자리를 지켜나갈 것입니다.
상온에서의 다양한 정적 및 동적 시험 외에도 항공우주 구조용 복합재료 시험은 -55°C (-67°F)에서 121°C (250°F)의 정해진 온도 범위에서 이루어지는 경우가 많습니다. 최근 몇 년 동안 상당히 강화된 지속 가능한 대체 구동 개념이 개발되고 대형 항공기에 극저온 액체 수소 저장이 가장 유리하다는 사실 때문에 -253°C (20K)의 극저온에서의 정적 및 피로 시험이 점점 더 각광을 받고 있습니다.
항공우주 산업의 중요한 복합재료 시험 규격
| 시험법 | 기본 | Airbus / Boeing 공장 규격 |
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| 복합재료 인장 시험 |
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| 복합재료 압축 시험 |
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| 면내 전단 시험 |
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| 복합재료 굴곡 시험 |
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| 층간 전단 강도(ILSS) |
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| 충격 후 압축(CAI) |
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| 방위각 응답 및 연결부 강도 |
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| 층간 에너지 방출률 |
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항공기 엔진에 사용되는 금속 재료의 고온 거동을 측정하기 위해 주로 고온 용해로가 장착된 정적 재료 물성시험기를 사용하여 최대 1,200°C의 인장 시험을 수행합니다. 규격 온도 챔버와 고온 용해로가 있는 시험기를 결합하면 저온에서 최대 1,200°C까지 더 넓은 온도 범위에서 시험을 수행할 수 있습니다. 극한 조건에서 높은 응력이 가해지는 부품의 신뢰성과 내구성을 측정하기 위해, 고온 금속에 크리프 시험과 크리프 피로 시험을 시행하여 다양한 온도 수준에서 크리프 한계와 크리프 강도 특성을 규정합니다. 이를 통해 고객은 새로운 고온 합금의 거동을 파악하고 특정 용도에 적합한 재료를 선택할 수 있으며 고온에 노출되는 부품의 설계에 적합한 데이터를 얻을 수 있습니다.
세라믹 매트릭스 복합재료 (CMC)의 기계적 부하 용량도 최대 2,000°C의 초고온에서 시험할 수 있습니다. 인장, 압축, 전단, 굽힘, 크리프 및 크리프 피로 시험을 기반으로 특정 용도에 대한 CMC의 적합성을 평가합니다. CMS를 실제 작동 조건에서 시험하기 위해 650°C ~ 2,000°C의 온도 범위에서 진공 및 불활성 가스 조건에서 시험을 수행할 수 있습니다.
ZwickRoell의 고온 시험 시스템은 최대 온도까지 비접촉 변위 측정도 지원합니다. 따라서 기존 접촉식 측정 시스템에서 발생하는 압흔으로 인한 민감한 시편의 조기 고장을 예방할 수 있습니다. 자동 적응형 고온 컨트롤러는 고정밀 온도 제어를 보장하고 작업자 오류를 방지합니다. 고온 시험에서는 종종 필요했던 희생 시편 사용이 더 이상 필요하지 않습니다.
우주 발사 시스템에 사용되는 다양한 액체 연료는 극저온으로 냉각해야 합니다. 임무의 특정 요구사항, 원하는 성능 및 액체 연료 생산 기술 등의 기술적 가능성에 따라 그에 맞는 액체 연료를 선택할 수 있습니다. 항공우주 산업에서 수십 년간 우주 발사 시스템을 개발해 온 경험을 바탕으로 극저온에서 다양한 재료의 거동에 관한 경험도 많이 축적되어 있습니다. 그러나 이러한 지식은 널리 사용되지 않아 새로운 재료 시스템에 효용성이 없습니다. 또한 이전에 제작된 로켓은 단일 발사 목적으로 설계된 반면 현재 일부 시스템은 여러 번 발사하고 재사용할 수 있도록 설계되었습니다. 항공 분야의 지속 가능한 미래 구동 개념에 있어서 장기적인 목표는 액체 수소를 사용하는 것이며, 액체 수소는 -253°C (20K)에서 기내에 저장되어야 합니다.
현대 상용 항공기의 사용 수명이 매우 길기 때문에 극저온에서의 정적 재료 거동 외에도 기내 시스템 구성에 사용되는 재료의 피로 거동에도 점점 더 많은 관심이 집중되고 있습니다. 따라서 과거 우주 여행에서 극저온에서의 재료 거동에 대한 이전 연구 결과는 항공 분야의 미래 개발에 제한적으로만 적용될 수 있습니다.
ZwickRoell은 금속 재료뿐 아니라 비강화 및 섬유강화 플라스틱의 금속 특성 규정에 사용되는 극저온 시험법을 위한 정적 및 동적 시험 솔루션을 제공합니다. 목표 극저온 온도에 따라 침지 극저온 (77K) 또는 연속 흐름 극저온 (주변 온도 최대 15K) 중에서 선택할 수 있습니다.
항공우주 분야 및 방위 기술을 위한 금속 부품 및 구성품은 신뢰성, 사용 수명 및 기능 무결성 측면에서 최고의 요구사항이 적용되며, 극한의 작동 조건에서 이러한 요구사항을 충족해야 할 때도 있습니다. 예를 들어, 항공우주 산업에서 사용되는 안전 수명 설계 원칙에 따라 설계된 부품은 예상 수명 기간 동안 고장나거나 오작동을 일으키지 않습니다. 따라서 금속 부품에는 면밀한 공정 모니터링과 정밀한 품질 관리 방법이 적용됩니다. 경도 시험은 이러한 상황에서도 중요한 역할을 합니다.
ZwickRoell은 이미 확립된 모든 경도 시험법과 국제 시험 규격을 충족하는 경도 시험기를 제공합니다.
