피부(에로노믹스)
Skin (aeronautics)항공기의 피부는 날개와 동체의 대부분을 덮고 있는 외부 표면이다.[1]가장 일반적으로 사용되는 재료는 아연, 마그네슘, 구리를 포함한 다른 금속을 가진 알루미늄과 알루미늄 합금이다.
역사
20세기가 진행되면서 알루미늄은 항공기의 필수 금속이 되었다.1903년 키티호크에서 라이트 형제의 비행기에 동력을 공급한 엔진의 실린더 블록은 8%의 구리를 함유한 알루미늄 합금의 원피스 주물이었으며, 1907년경에는 알루미늄 프로펠러 날개가 나타났으며, 제1차 세계대전이 시작될 무렵에는 알루미늄 덮개, 좌석, 카울링, 주조 브래킷, 그리고 이와 유사한 부품들이 일반적이었다.
1916년 L. Brequet은 비행기의 작업 구조에서 알루미늄의 초기 사용을 표시하는 정찰 폭격기를 설계했다.전쟁이 끝날 무렵, 연합군과 독일은 동체와 날개 조립체의 구조 골격을 위해 알루미늄 합금을 사용하였다.[2]
에어프레임 구성 요소용 합금
항공기 기체는 알루미늄 합금에 가장 까다로운 응용 프로그램이었다. 고강도의 합금 개발을 연대기화하는 것도 기계의 개발을 기록하기 위한 것이다.최초의 고강도 열처리 알루미늄 합금인 두랄루민은 제1차 세계대전 당시 독일과 연합군에 의해 경직된 비행선의 골격을 위해 처음 고용되었다. 두랄루민은 알루미늄-코퍼-마그네슘 합금으로 독일에서 유래되어 미국에서 합금 17S-T (2017-T4)로 개발되었다.주로 시트와 플레이트로 활용되었다.알-Zn-Mg-Cu 합금인 합금 7075-T6 (70,000psi 항복강도)는 1943년에 도입되었다.그 이후로 대부분의 항공기 구조물은 이 유형의 합금으로 지정되었다.7075-T6년에 처음 고안된 항공기는 해군의 P2V 초계기였다.같은 계열의 고강도의 합금인 7178-T6(psi 항복강도 7만8000psi)가 1951년에 개발되었으며, 일반적으로 파괴강도가 우수한 7075-T6를 대체하지 않았다.합금 7178-T6은 압축하중 시 성능이 중요한 구조부재에 주로 사용된다.
합금 7079-T6는 1954년 미국에서 도입되었다.두께가 3인치 이상인 단조 섹션에서는 7075-T6보다 더 높은 강도와 더 큰 횡단 연성을 제공한다.그것은 이제 시트, 플레이트, 돌출부, 그리고 면직물로 이용 가능하다.
응력부식에 대한 저항성이 7079-T6보다 높은 합금 X7080-T7이 두꺼운 부품용으로 개발되고 있다.상대적으로 취침률에 둔감하기 때문에 취침응력이 낮은 좋은 강점을 두꺼운 구간에서 연출할 수 있다.
알루미늄 합금 클래딩은 2017-T4 시트의 내식성을 높여 알루미늄 항공기 정비 요건을 줄이기 위해 처음 개발됐다.2017 시트 및 이후 2024-T3의 코팅은 시트의 한쪽 또는 양쪽 표면에 야금적으로 접합된 상업용 순도 알루미늄으로 구성되었다.
습하거나 습한 조건에서 존재하는 전해질 보호는 T3 또는 T4 성질의 합금 2017 또는 2024에 비해 상업용 순도 알루미늄의 전극 전위성에 기반한다.7075-T6와 다른 Al-Zn-Mg-Cu 합금이 등장하자 알루미늄-Zn-Mg-Cu 합금 7072가 개발되어 새로운 강합금을 보호하기에 충분한 상대 전극 전위를 제공하였다.
그러나 1945년 이후 고안된 고성능 항공기는 두꺼운 판과 돌출부에서 가공된 피부 구조를 광범위하게 사용해 옷을 입은 외부 스킨의 사용을 금지했다.그 결과 유지관리 요건이 증가하였고, 이러한 요건은 피복재 없이 부식에 대한 내성을 개선한 고강도의 합금을 추구하는 연구 개발 프로그램을 자극하였다.
알루미늄 합금 주물은 전통적으로 도르래 브래킷, 사분면, 더블러, 클립, 덕트 및 파도 가이드와 같은 비구조적 비행기 하드웨어에 사용되어 왔다.그것들은 또한 유압 제어 시스템의 복잡한 밸브 본체에도 광범위하게 사용되어 왔다.일부 항공기 제조사의 철학은 여전히 부품 고장으로 비행기 손실이 발생하지 않는 장소에서만 주물을 지정한다는 것이다.케이블 및 유압 제어 시스템의 중복성은 주물의 사용을 "허용"한다.
캐스팅 기술은 지난 10년간 큰 발전을 이루었다.355와 356과 같은 유서 깊은 합금은 더 높은 수준의 강도와 연성을 생산하도록 수정되었다.프리미엄 강도의 주물을 위해 354, A356, A357, 359, 텐스50과 같은 새로운 합금이 개발되었다.높은 강도는 구조적 무결성 및 성능 신뢰도 향상과 동반된다.
전기저항 스폿과 심 용접은 페어링, 엔진 뚜껑, 더블러와 같은 2차 구조물을 벌크헤드와 스킨에 결합하는 데 사용된다.품질관리가 어려워 1차 구조물에 대한 전기저항용접의 활용도가 낮은 것으로 나타났다.
초음파 용접은 특히 얇은 시트의 경우 생산 접합에 경제적 및 품질 관리적 이점을 제공한다.그러나 이 방법은 아직 항공우주산업에서 광범위하게 개발되지 않았다.
접착제 본딩은 1차 구조와 2차 구조 모두에서 결합하는 일반적인 방법이다.그것의 선택은 항공기 제조업체의 설계 철학에 따라 결정된다.모자 섹션과 시트, 페이스 시트를 벌집 코어에 붙이는 등 스티퍼 부착이 만족스러운 것으로 입증됐다.또한 접착제 본딩은 바닷물 몰입과 대기 같은 역노출을 견뎌냈다.
항공기 내 융접 알루미늄 1차 구조물은 활용되는 고강도 합금이 용접성이 낮고 용접 접합 효율성이 낮기 때문에 사실상 존재하지 않는다.또한 2024-T4와 같은 일부 합금은 열 영향을 받는 영역에서 부식 저항성을 낮추기도 한다.
지난 10년 동안 개발된 향상된 용접 프로세스와 고강도 용접 가능 합금은 용접된 일차 구조에 새로운 가능성을 제공한다.예를 들어 합금 2219와 7039의 용접성 및 강도, X7005의 브레이징성과 강도는 항공기 구조물의 설계 및 제조를 위한 새로운 길을 열어준다.
경비행기
경비행기는 주로 올 알루미늄 세미모노코크 구조로 에어프레임을 갖지만 일부 경비행기는 직물이나 알루미늄 껍질 또는 둘 다로 튜브형 트러스 하중 운반 구조를 갖췄다.알루미늄 피부는 일반적으로 0.015인치에서 0.025인치 사이의 최소 실제 두께다.디자인 강도 요건은 상대적으로 낮지만 돌, 파편, 정비공구, 일반 취급 등으로 인한 지반 손상을 최소화하려면 적당히 높은 항복 강도와 경도가 필요하다.이 적용을 위한 합금 선택과 관련된 다른 주요 요인은 내식성, 비용 및 외관이다.6061-T6와 2024-T3의 합금이 주요 선택이다.
최근 설계 및 시공된 경비행기의 피부 시트는 일반적으로 2024-T3으로 되어 있다.내부 구조는 현악기, 스페어, 벌크헤드, 현악기 부재와 알루미늄 돌출부, 성형 시트, 단조, 주조물로 만들어진 다양한 부착 부속품으로 구성되어 있다.
압출 부재의 경우 가장 많이 사용되는 합금은 두께 0.125인치 이하 구간과 일반적 용도의 경우 2024-T4이고, 두께가 0.125인치 이하인 구간은 2014-T6이다.합금 6061-T6는 얇은 절과 우수한 부식 저항성을 필요로 하는 외측에 상당한 응용이 가능하다.2014-T6 합금은 특히 착륙 기어와 유압 실린더의 일차 단조 합금이다.합금 6061-T6과 그 단조 상대인 6151-T6은 종종 부품이 높은 응력을 받지 않을 때 경제성과 부식 성능의 증가를 이유로 기타 부속품에 사용된다.
합금 356-T6 및 A356-T6은 브래킷, 벨크랭크, 풀리 및 다양한 부속품에 사용되는 1차 주조 합금이다.바퀴는 이러한 합금으로 영구 금형 또는 모래 주조물로 생산된다.합금 A380의 다이 주물은 경항공기용 바퀴에도 만족스럽다.
경비행기의 저압 구조물의 경우 합금 3003-H12, H14, H16, 5052-O, H32, H34, H36, 그리고 6061-T4와 T6이 사용되기도 한다.또한 이러한 합금은 연료, 윤활유, 유압 오일 탱크, 배관 및 계기 배관 및 브래킷의 일차적 선택이며, 특히 용접이 필요한 경우 더욱 그러하다.합금 3003, 6061 및 6951은 브레이징 열 교환기와 유압 부속품에 광범위하게 사용된다.최근 개발된 5086, 5454, 5456, 6070과 새로운 용접 가능한 알루미늄-마그네슘-진크 합금 같은 합금은 앞에서 언급한 합금보다 강도 높은 장점을 제공한다.
경항공기 시트 어셈블리는 대부분 2017-T4, 2117-T4 또는 2024-T4 합금 리벳으로 수행된다.자체 태핑 시트 금속 나사는 알루미늄 합금으로 구할 수 있지만 카드뮴 도금 철제 나사를 더 흔히 채용해 전단 강도와 주행성을 높인다.양극 코팅이 적용된 합금 2024-T4는 군사 사양에 따라 제조된 알루미늄 나사, 볼트 및 너트의 표준이다.그러나 합금 6262-T9은 응력 부식 균열에 대한 가상 내성 때문에 견과류보다 우수하다.[3]
