무기 토론방
KFX의 벌크헤드 가공 영상속 장면들 몇 가지...
아래 KFX의 첫 부품 가공 기념식 영상속의 장면들을 보고 몇 자 적어봅니다.
오늘 기념식을 한 부품은 벌크헤드(bulkhead)라는 부품으로, 항공기 동체에서 좌우를 가로지르는 튼튼한 구조물입니다. 특히 요근래 초음속 전투기의 경우 이 구조물들은 좌우 날개를 연결해주는 역할을 하기도 하죠.
위 F-35 그림에서 동체 가운데 흰색으로 표시된 구조물들이 바로 벌크헤드입니다.
F-35의 경우 중앙 동체에 6개의 벌크헤드 구조물들이 들어갑니다. 이중 가운데 벌크헤드는 티타늄 합금(Ti-6V-4Al, 대표적인 항공용 티타늄 소재)를 사용하였고 나머지는 알루미늄 합금의 일종인 7085 계열을 사용하였습니다. 참고로 7085는 흔히 항공기 소재 이야기 할 때 두랄루민이라 부르는 소재의 일종입니다(보통 초 두랄루민은 2XXX 계열, 초초 두랄루민은 7XXX 계열).
알루미늄 계열 금속을 저렇게 두껍게 만들때는 보통 절삭가공, 그러니까 원소재를 깎아내는 방식을 사용합니다. 거푸집에 녹이는 주물(cast)방식은 안에 기포가 들어가거나 해서 금속조직에 결함이 생길 위험이 있고, 대형 공구나 틀로 두들겨 찍어내는 단조(forging) 방식은 저렇게 복잡한 형상을 만들려면 돈이 많이 들어가는 편입니다(단, 티타늄은 깎아내는 방식을 쓰면 공구 마모가 심해서 깎아내는 것 보다 단조 방식이 더 낫기 때문에 F-35의 티타늄 벌크헤드는 대형 틀(금형)을 이용하여 찍어내는 단조 방식으로 제작...). 이런것을 깎아 내려가는건 주로 밀링(Milling)이라는 방식을 사용하며,위 그림처럼 공구가 회전하며 마치 드릴로 구멍을 뚫듯 금속을 깎습니다. 다만 저 드릴 처럼 된 부분 끝이 뾰족하지 않고 평평해서 깎아낸 부분역시 평평합니다.
이제 영상속의 장면들을 살펴보겠습니다.
오늘 첫 가공을 시작한 전방동체 벌크헤드 부분입니다. 이름처럼 전방동체, 즉 기수부분에 들어가는 벌크헤드로 위의 F-35에서 설명한 부분보다는 좀 더 앞쪽의 구조물입니다. 위쪽은 조종석등이 위치해야 할 공간이므로 둥근 동체에서 절반 가량이 비어있고, 아래쪽 역시 전방 랜딩기어(착륙장치)가 접혀 들어가야 하는 부분 때문에 공간이 있는듯 합니다.
옆에 보면 품명은 벌크헤드(전방)이라 적혀 있고, 공정은 기계가공이라 적혀있는데 기계가공(machining)이 일반적으로 위에 설명드린것 처럼 원자재를 깎아서 만드는 절삭가공을 의미합니다. 재질은 AL7050-T7451, 그러니까 알루미늄 7XXX 계열 합금을 사용하였습니다.
밑에 생산계획을 보면 설계 도면이 1월 22일에 완료되었습니다. 그럼 이 설계도면 대로 제품을 실제로 어떻게 깎아야 할지 고민하는 공정설계에 관한 일정이 대략 일주일 반 가량내에 진행되었습니다.
그 밑에 NC 가공 프로그래밍이란 위에 설명드린 밀링가공을 위해 실제로 기계가 어떻게 움직일지 등을 프로그래밍하였다는 뜻입니다. 그냥 3차원 그림만 던져주면 컴퓨터가 알아서 설계를 척척하는게 아니라, 드릴처럼 회전하는 공구가 들어갈 수 있는 방향이 한정되어 있으므로 거기에 맞춰서 어떤식으로 공구가 움직이고 어느부분부터 어떤식으로 깎아내려 갈지 사람이 정해서 프로그래밍 해줘야 합니다(뭐 요근래는 그나마 자동화가 어느정도 되긴 했지만).
치공구는 흔히 현장에서 지그(jig)라고도 부르는 것인데, 저런 제품을 정밀하게 가공할 때 고정시키거나 들어올리거나 내려놓거나 하는 등의 취급을 위해 필요한 전용 공구들을 말합니다(손으로 하는 수공구만한 것 부터 큰 구조물을 들어올리거나 돌리기 위한 '장비' 수준의 물건까지...) 위에는 치공구 옆에 base plate, 그러니까 바닥에 고정하는 판과 홀가공 치구, 그러니까 구멍을 가공하는데 사용하는 치구 등에 대해 언급되어 있습니다.
그리고 제품 생산은 오늘 2월 14일에 첫 시작을 하였습니다. 치공구 제작일정과 제품 생산 일정이 겹치는건 아마도 제품 제작 공정상 더 뒤에 필요한 치구를 제작하는 것이거나, 가공하면서 발견된 개선사항을 반영하는 일정인듯 합니다.
아래 설명에 앞면 가공, 뒷면 가공이 언급되어 있는데 벌크헤드처럼 넓은 판 모양의 구조물을 가공시 바닥에 소재를 고정시켜 놓고 그 바닥이 직접 전후좌우로 움직이면서 실제 제품을 깎는 드릴이 위아래로 움직여서 모양을 내는데(여기에 바닥판의 회전까지 들어가는 더 고급 가공장비들도 있긴 합니다만 여하간에) 이러한 방식 때문에 한 번아 앞뒤를 다 깍을 수 없습니다. 그래서 한쪽을 먼저 깎고, 다시 뒤집어서 나머지 쪽을 깎아야 합니다.
깎고 나서 3차원 검사를 한다고 되어 있는데, 이것은 완성된 제품이 도면대로 잘 나왔는지 검사한다는 뜻입니다. 도면에는 보통 치수 옆에 공차가 표시되어 있으며, 이를테면 100.0mm +/-0.2라고 적혀 있으면 100mm가 기본치수이고 거기서 +0.2 ~ -0.2mm까지의 오차는 허용한다는 뜻입니다. 보통 항공기 구성품들의 경우 공차 범위가 0.X mm 수준으로, 특별히 정밀함이 필요한 부분은 0.00Xmm 수준까지도 정밀하게 깎아내야 합니다. 물론 요즈음들은 가공 장비들이 좋아서 이정도는 해내지만, 공정 설계도 잘 해야 하죠.
3차원 검사는 여러 방식이 있는데, 전통적인 방식은 제품의 주요 위치를 일종의 로봇팔 같은 것으로 찍어보고 그 서로간의 상대위치를 계산하는 방식입니다. 공차가 만약 0.002mm 주어졌다면 이 측정장비의 오차는 그 1/10 수준인 0.0002mm 수준은 되어야 하기 때문에 제품을 도면에다 그리고 치수를 정할때 사실 허용 하는 오차(공차) 뿐만 아니라 검사장비를 뭘 쓸지까지도 고민해야 하죠(저렇게 큰 부품을 측정하려면 3차원 측정장비 역시 상당히 커야 하는 것은 물론이고요). 요근래는 일종의 정밀한 레이저 거리 측정기를 이용해서 대형부품을 빠르게 측정하는 방식도 사용합니다만, 몇 가지 제약이 있고 측정오차는 위에 설명드린 기계팔 방식보다는 약간 떨어져서 이것 역시 무조건 사용하는 것은 아닙니다.
영상속의 위 부품은 이미 가공을 완료한 벌크 헤드군요. 실제 전투기에 사용하기 전에 시험삼아 제작해본 시제품(프로토 타입)인지, 아니면 비행시험용 기체가 아니라 별도의 구조 시험등을 위해 만든 벌크헤드인지 모르겠습니다. 관계자분이 설명하시는 설명판의 그림이 작아서 잘 안 보이지만, 대략 중앙동체 부근인듯 합니다. 좌우 날개를 연결하는 구조는 없는듯 하니, 날개가 시작되는 부분 직전 쯔음에 있는 벌크헤드가 아닐까 싶습니다.
일단 눈에 띄는 것은 눈에 어지럽게 보이는 무늬들인데, 위에 설명드린 엔드밀로 가공한 흔적입니다. 저렇게 보면 마치 표면이 거칠거칠할 것 같지만 실제로는 만져보면 거의 손으로는 느낄 수 없을정도로 매끈합니다. 아무래도 금속소재에 힘이 가해지니까 미세하게 조직이 변형되긴 하지만, 문제가 생길 정도는 아니죠. 보면 마치 창틀처럼 사각형 구조로 더 파내려갔는데, 이는 중간중간 살이 남아 있는 부분이 뼈대 역할을 하면서 나머지 부분은 더 깊게 파내려가서 무게를 줄이기 위함입니다.
위쪽의 두 개의 타원형 구멍은 공기흡입구에서 엔진쪽으로 이어지며 지나가는 덕트(duct)가 들어가는 구멍일 것입니다. 원래의 공기흡입구 위치보다 상당히 가운데로, 그리고 위로 치우쳐있는데 이는 익히 아시는바와 같이 덕트가 바로 일자로 지나가지 않고 S자 모양으로 굽어 있기 위해서죠. 이는 최신 전투기들이 스텔스를 강조하면서, 전파를 많이 반사하는 엔진 앞부분이 정면에서 바로 보이지 않게 하기 위해서입니다. 다만 저렇게 S자로 굽어 놓으면 공기흡입 효율 자체는 일정부분 떨어지기 때문에 이 두가지 사항(+ 기타 여러가지 고민사항)을 모두 만족하는 형상을 설계하닌게 참 까다롭죠.
아래쪽은 잘 보면 텅빈 공간이 있습니다. 말도 많고 탈도 많던 내부무장창을 위한 빈 공간이라 추정됩니다. 잘 보면 받침대를 받쳐 놓은, 공간 위쪽에서 부터 아래로 내려갈 수록 좌우 바깥족으로 넓어지는 사다리꼴 구조입니다.
공간활용 상의 문제인지, 힘을 받는 방향(하중경로)등의 문제인지 정확한 설계상의 이유는 모르겠지만, F-22도 의외로 무장창 단면이 사다리꼴이긴 하군요. 위 사진은 F-22의 벌크헤드입니다.
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- best솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 14:59:26
- 아마도...
여러대의 시제기중에 내부무장창 기체도 만들어 같이 시험할 가능성이 높다고봅니다
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- 솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 11:28:59
- 왜 그랬을까~
이렇게 순항하고있는 KFX
개발을
왜 못잡아먹어서 입에 개거품을 물며서 욕을 했을까?
지까지것들이 뭘 안다고...
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- 솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 21:22:28
- 그 게 말고 이 개
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- 이만천 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 20:46:43
- 개거품--->게거품
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- 솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 14:08:50
- 그리고 어떤 개발물에 대해서 잘못되거나 수전할부분을 느낀다면 지적하거나 말말오 깔수는 있어도 정상인이라면 개거품 물면서 욕을 하지는 않죠.
내가 보기엔 님은 비정상도 아니고 제 글에 반박할만큼 관련도 없어보이는데요.
내가 기억하고있는 입에 개거품 물고 욕한것에 해당되는 닉도 아니고요
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- 솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 13:54:10
- 견학가서 도면 몆장 방문객서비스 수준으로 보여준걸로 봤다고 하시는건 물론 아니겠지요
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- 솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 13:52:28
- 수천장 이상되는 설계도면을 댁이 봤다고요 개발자세요?
구성유추하는건 중학생도 할수있습니다.
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- CHAOS (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 13:40:57
- 저는 비록 일부지만 봤습니다만. (지금 형상 말고 예전 설계안 중에 하나)
그리고 도면 안봐도 형상만으로도 구성을 유추할 수도 있습니다.
자신이 못봤고 모른다고 남을 똑같이 취급하지 마세요.
KFX사업을 까는 사람들을 "지까짓것" 이라고 깐다면 나는 솔피씨게 역으로 말하고 싶네요.
"니까짓게" 나에대해 뭘 안다고 ....
그리고 나 뿐 아니라 몇명 더 있죠.
지금 나하고 같은 생각 목구멍까지 몰라오는 사람들...
참고로 난 KFX사업 지지자에요.
다만 몇년 전 까지의 엉터리 기체들을 기술적 부분에서 까왔을 뿐.
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- 솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 13:33:40
- 우리가 형상 그래픽밖에
본거 밖에 더있어요.
그리고 개발과정에서 1.2.3번 순으로
계속 업그레이드 시켰고 ..
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- 솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 13:31:01
- 여기까지 오는중에 순탄치 않았던건
개발 반대논리자들의 방해가 반이상 차지했고 내가 지까지것들이라고 지목한건 록마빠들에게 한겁니다
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- 솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 13:28:59
- ,그까지것들이 설계도면이나 봤나요.
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- CHAOS (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 12:34:20
- 그리고 "지까짓것들"도 나름 알만큼 압니다.
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- CHAOS (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 12:33:45
- 여기까지 오는 과정이 순탄치 않았죠.
특히 초창기 설계안들은 가루가 되도록 까이는게 당연했습니다만.
사업의 경제성이라던가 정치적 측면 등등 다른 측면은 둘째치고 기체 자체의 설계안이 엉터리였잖습니까?
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- 병장출신 (106.102.xxx.xxx)
- 2019-02-15 09:48:14
- Xwing님, 항공기 구조와 재료, 기계가공 등의 분야에 해박한 지식을 갖고 계시네요. 덕분에 즐거운 눈팅합니다.^^
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- 훔나리 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 09:35:51
- X윙님 살명 감사합니다
벌크 헤드 설명 그림이랑 시제품이 다른듯 해서 의야했는 타입이 전방동체 중앙동채 2가지 였네요
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- 알타이 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 09:08:26
- 저렇게 절삭가공 후 표면을 더욱 매끄럽게 하기위해서 불에 한번 살짝 굽는 열처리 과정을 하나요?
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- xwing (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 17:30:13
- 보통 원자재 자체가 어느정도 열처리 된 소재를 사용하죠. 사진속의 것도 웑원자재가 A7050-T7451인데 T7451이 잔류응력 제거를 위한 열처리 공정입니다. 다만 이건 제품 제작에 쓰이는 원자재 열처리인듯 하고요. 여하간에 밀링자국을 지우기 위한 열처리 공정은...일단 제가 아는 선에선 없는걸로 압니다(만 이 분야가 워낙 다양한 공정이 많아 혹시 제가 모르는 열처리가 있을지도요 ㅋ).
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- 데굴데굴데굴 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 17:05:41
- 알미늄이나 티타늄도 열처리가 되는건 처음 알았네요.
단지, 저런 골조부품은 경도보다는 인장강도가 중요할테니 열처리는 좀 아니지않나 생각합니다.
전투기의 막대한 진동과 스트레스를 견디려면 적절한 탄성이 중요할테니까요.
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- Zard (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 15:59:48
- 데굴데굴데굴 // Al과 Ti도 열처리로 경도 올라갑니다.
Al중 2xxx, 6xxx, 7xxx는 용체화-시효 처리로 경화 가능합니다.
Ti 중 가장 널리 사용하는 Ti-6Al-4V는 강과 유사한 열처리를 통한 강화 매커니즘을 갖습니다.
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- CHAOS (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 12:31:15
- 표면정리나 표명강도가 필요하다면 작은 쇠구슬을 고압공기로 분사하는 방법으로 표면을 다듬습니다.
이러면 표면이 마치 단조가공을 한 것처럼 단단해지고 정리가 되죠.
다만 치수정밀도가 필요한 부분은 이렇게 하면 안됩니다.
이 방법은 한개의 부품에서 특정부분만 적용할 수 있다는 장점이 있습니다.
그리고 공정 자체가 비용이 싸죠.
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- 당당 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 11:33:32
- 알타이//
절삭무늬가 보여도 생각보다 평탄합니다.
저런 건 그대로 놔둡니다.
응력집중은 저런 절삭무늬보다는 형상의 단면이 급변하거나, 형상에 구멍 특히 각진 구멍이 있는 경우에 심하게 나타납니다.
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- xwing (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 11:00:01
- 저 부분이 기계적 강도에 영향을 주는 경우는 거의 없기에 굳이 제거작업을 하진 않는걸로 압니다. 다만 특별히 좋은 표면이 필요한경우 일종의 약간 간도가 있는 브러쉬나 기타 방법으로 추가 표면처리를 하긴 합니다.
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- Zard (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 10:58:28
- 열처리를 하면 치수변형이 일어날 여지가 있습니다.
개인적으로는 열처리보다는 표면 래핑이나 기타 연마를 통해 조도를 맞추는 편이 나을 겁니다.
일반 공작부품이라면 가격이 높아 안하겟지만, 항공기라면 이렇게 해서라도 조도를 맞추는게 수명유지에 맞을 듯 합니다.
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- 데굴데굴데굴 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 10:57:50
- 저런식으로 NC가공한 부품은 절!대 열처리 안합니다.
공차가 마이크로 단위부품인데, 쓸데없이 온도변화를 주면 안되죠.
열처리로 경도를 높이는 건 철제부품이고, 저건 알미늄이나 티타늄 합금입니다.
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- 알타이 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 09:16:28
- 그래야 표면의 미세한 흠으로 인한 응력집중 현상에 의한 크랙이나
피로파괴를 방지할 수 있지 않을까요?
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- 당당 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 09:01:23
- [질문]
1. 벌크헤드를 결합할텐데, 용접으로 합니까?
2. 동체앞뒤방향의 프레임은 벌크헤드의 간격만큼 조각조각난 것을 용접하는 겁니까?
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- xwing (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 14:33:16
- 다만 F-35나 KFX의 경우 구조를 봐서는 중앙동체부근에서 론저론이나 킬(keel, 용골) 역할 하는 구조물이 앞뒤로 긴 구조물은 아닌듯 하고 말씀대로 각 벌크헤드 사이사이를 연결하는 형태로 들어가는 듯 합니다. 구조물들 조립하는 사진들을 봐서는 체결방식은 볼트나 리벳인듯 합니다.
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- xwing (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 13:27:27
- 아 말씀을 제가 잘못 이해했네요. 일반적으로 전통적인 원통형 동체들은 앞뒤를 가로지르는 긴 뼈대 구조물(lo geron)이 들어가며, 이것들이 벌크헤드 혹은 프레임(former라거도 함과 리베팅 혹은 볼트로 체결됩니다.
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- 당당 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 11:41:08
- xwing//
답변 고맙습니다. 기계전공이라서 관심이 많은데, 벌크헤드 자체는 일체형으로 단조(티타늄)나 절삭(알미늄합금)으로 만들겁니다.
벌크헤드를 여러개 조립해야 하는데, 항공기 앞뒤방향의 프레임과 벌크헤드를 결합하는 게, 주로 리벳팅인지 조립인지 유심히 살펴보니 리벳구멍이 안보이고, 끼워맞출만한 구조도 안보여서 물어본 겁니다. 리벳구멍은 후가공할 수도 있겠네요.
앞뒤방향(벌크헤드와 직각)의 프레임은 벌크헤드사이에 조각조각나있는 것같군요. 아무리 봐도. 무론 벌크헤드에 간섭받지 않는 프레임은 길게 되어있겠지요.
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- xwing (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 09:16:18
- 위 벌크헤드 구조물은 큰 금속소재를 그대로 깎아 만든 것입니다. 항공기 주구조물은 용접방법은 거의 쓰지 않습니다. 알루미늄은 소재자체가 철강에 비해 용접이 상대적으로 까다롭고, 대부분 두께가 얇은데 모양 변화에는 민감하여 용접비드나 열변형 문제도 있고해서...메인 구조물은 저렇게 통짜로 깎아 만들거나 좌우로 긴 소재는 압출해서 뽑아내거나 판재를 잡아당겨 성형하거나 합니다. 부품간 결합은 주로 라베팅 아니면 스크류 체결이고요.
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- 최보선 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 08:27:28
- xwing님 설명 감사합니다... 덕분에 공부도 많이 했습니다...^^
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- Vanguard (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 07:51:24
- 감사히 잘 읽었습니다.
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- erorist (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 00:38:42
- 70xx 80% 집에서 밀링머신 자작해서 만드는데 심취한 적이 있는데 리머가 비싸더군요
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- 진선 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 00:34:59
- 이렇게 설명을 해주시니 조금 이해가 됩니다.
감사합니다.
