비행기 날개는 왜 알루미늄으로 만들까?

Question

철이 더 강한데 왜 비행기는 철로 만들지 않을까를 생각해본다면, 강도도 중요하지만 무게 대비 강도(비강도)가 더 중요해서 알루미늄 합금은 가벼우면서 충분히 강하기 때문에 사용한다.

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

비행기 제작에 철보다 알루미늄 합금이 선호되는 가장 큰 이유는 밀도가 철의 약 3분의 1수준이로 가볍고 무게 대비 버티는 힘인 비강도가 매우 뛰어나 연료 효율과 적재 용량을 극대화할 수 있기 때문입니다 알루미늄은 공기 중의 산소와 반응해 자연적으로 얇은 산화 피막을 형성하므로 부식에 강해 높은 고도의 습한 환경에서도 기체를 안전하게 보호하는 내식성까지 갖추고 있습니다 또한 철에 비해 가공성이 우수하여 복잡한 유선형의 날개 곡선을 구현하기에 경제적이고 효율적이라는 점이 항공기 소재의 표준이 된 핵심적인 이유입니다

Answer 2

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

정확히 짚으셨어요. 비행기 재료를 고를 때 진짜 중요한 건 절대적인 강도가 아니라 무게당 강도, 즉 비강도예요.

조금 더 풀어보면 이런 거예요. 철은 분명 알루미늄보다 강하지만 밀도가 알루미늄의 약 세 배예요. 만약 비행기를 철로 만들면 같은 강도를 얻으려 해도 기체가 훨씬 무거워지는데, 비행기는 그 무게를 전부 공중에 띄워야 하잖아요. 무거워질수록 더 큰 양력이 필요하고, 그러려면 엔진을 더 키우고 연료를 더 실어야 하고, 그 연료 무게 때문에 또 무거워지는 악순환에 빠지거든요. 반면 알루미늄 합금은 철의 3분의 1 무게로도 비행에 필요한 충분한 강도를 내주니까 이 악순환을 끊을 수 있는 거예요.

여기에 더해 알루미늄이 선택되는 이유가 몇 가지 더 있어요. 알루미늄은 표면이 공기와 닿으면 얇은 산화막을 스스로 만들어서 내부를 보호하기 때문에 철처럼 녹슬어 부식되지 않아요. 높은 고도의 혹독한 환경에서 오래 버텨야 하는 비행기에 잘 맞는 성질이에요. 가공도 쉬워서 복잡한 날개 형상으로 만들거나 대량 생산하기에 유리하고요. 순수 알루미늄은 무르기 때문에 구리나 아연 같은 금속을 섞은 합금 형태로 써서 강도를 끌어올린 게 항공용 알루미늄이에요.

다만 요즘 최신 여객기는 알루미늄을 넘어서는 흐름으로 가고 있어요. 탄소섬유 복합재라는 소재인데 알루미늄보다도 가벼우면서 강도는 더 높거든요. 보잉 787이나 에어버스 A350 같은 기종은 동체와 날개의 절반 이상을 이 복합재로 만들어요. 그럼에도 알루미늄이 여전히 항공기의 핵심 재료인 건 가격이 합리적이고 오랜 세월 검증된 신뢰성이 있기 때문이랍니다 :)