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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- 바숨 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-21 09:32:31
- 저구조는 정삭이 완료된 것이 아닙니다. 공정상 소재를 형상 가공만 해서 변형부분을 대비해 다음 공정을
나누기 위한 1차 형상 가공 공정 입니다.
그리고, 아셔야 할게 가공후 항공 가공 정삭 제품은 가공 공정의 공구 이동 결로가 남아 있으면 문제가 됩니다.
무늬가 남아 있다는건 공구의 강공 경로가 나타 난다는 겁니다.
이걸 제거를 해 줘야 하는데, 대부분 사상이나 쇼트로 제거 해 줍니다.
쇼트는 열변형으로 인해서 정밀 작업이 필요 하고, 항공 부품 전문 사상 인력으로 작업이 대부분 입니다.
마지막 작업은 치곤구로 인한 정밀 작업이 남아 있습니다.
저 사진을 보니 앞으로 3-4 단계의 작업 공정이 남아 있는 걸로 보입니다.
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- 푸우79 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-16 14:33:09
- 내부무장창에 대한 그냥 이쪽 후배로부터 들은 내용인데 정학히 기억은 안납니다. 2010년도부터 내부무장창의 덮개에 대한 공력해석 주익으로부터 발생하는 충격파에 의한 또 다른 충격파 전체 공력해석등 이 작업이 생각보다 쉽지많은 않는 작업이라는 점이고 이미 오래전에 연구를 해서 2020년 말쯤에 모든 프로세스에 대한 공력해석이 끝날것 같다고 들었고 이 시점을 기준으로 우리가 흔히 말하는 두가지의 방식(?)중 하나를 정할것이고 아마도 이미 정해져 있지만 머 등등
생각보다 우리가 모르는 사이에 모든 선행연구가 착실히 준비되어 있고 로드맵이라고는 말하기 그렇지만 생각보다 훨씬 빠르게 진행속도가 나오고 있다고 들었습니다.. 그리고 이 내부무장창 연구는 오히려 KFX 이전에 먼저 공력해석에 대한 공식 산출방법 등등 이미 그 이전에 준비를 마쳤다는 점 말하고 싶네요 우리가 원하는 결과물이
단순히 한순간에 뚝 떨어진게 아니라는 걸 말하고 싶었습니다.
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- 기상관측병 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-16 03:06:38
- 블록1에서 내부무장창 구현은 안될겁니다.
"이착륙 바퀴(랜딩기어) 수납부의 상세 설계안이 알려지지 않았으나 공개된 영상으로 미뤄볼 때 무장을 내부에 적재할 수 있는 공간이 충분할 것으로 보인다. 다만 오는 2021년 4월 출고될 시제기와 1차 양산물량(Blocl 1)에서는 장거리 공대공 미사일 4발이 중앙동체 아래 반매립 형태로 장착될 예정이다. 정광선 KF-X 개발사업단장은 “군의 요구에 따라 공간은 유지했으나 내부 무장창은 지금 단계에서 고려하지 않고 있다”고 말했다. 군은 블록 2·3으로 진화적 개발 단계에서 완전 매립형으로 성능을 개량해나갈 계획이다."
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- xwing (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-17 00:01:46
- 죄송하지만 60년대에 초음속에서 무장창 개발해서 미사일 발사하는 것은 F-106 정도였으며 매우 안정된 자세에서만 발사가 가능했습니다. 애당초 폭격기 요격을 위한 전투기였고요. F-22에 이르러서는 이 부분에 대한 연구에만 상당한 공을 들였고, F-35는 거기에 덩치큰 공대지 무장을 안정적으로 투하하기 위해 다시 또 많은 공을 들였습니다.
기술적 어려움이 없는데 정책적인 이유로 무장창을 안단다고요?
죄송스러운 말씀이지만 그러한 말씀은 지금도 저 부분의 기술적 어려움을 어떻게든 해결하고자 밤낮없이 연구하고 있는 국내 연구원들이 사실은 쉬운걸 가지고 놀고 먹는단 비난의 소리로 들립니다.
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- 훔나리 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-16 20:22:13
- 푸우 79님 댓글에도 있듯이 내부무장창에 대한 일정이 오래 걸려서 뒤로 뺀듯 합니다.
공력해석, 무장 Test등도 시간이 걸리니 우선은 반매립해서 무장을 빨리쓸수있게 만들고,
그 이후에 병렬로든 순차적으로든 내부무장창을 진행하지않을까 싶습니다.
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- 솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-16 14:23:49
- 그리고 미국과 러시아
는 물론 중국도 2개의 기종에 무장창개발을 해논 상태이죠..
중국의 항공기 개발 능력이 우리보다 앞선건 사실이지만 중국도 자체기술로 개발한 무장창 정도는 충분히 우리도 개발할수있다고 봅니다
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- 솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-16 14:16:27
- 먼저 언급했지만 초음속비행이나
공중전 급기동시에 무장창 개방해서 미사일 발사하는 능력을 가진 전투기는 60년대초에도 있었습니다.
이때의 무장창 개발은 스텔스가 아니고 초음속때의 항력을 감소시키기위해서 개발되었지만 말입니다.
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- xwing (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-16 13:18:49
- 2대전 폭격기는 얌전히 날다 자유 낙하하는 기술이고, 지금하는건 초음속 비행중에도, 급기동중에도 안정적으로 무장을 꺼내거나 투하해내야 하는거라 기술적 어려움이 큰건 맞습니다.
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- 솔피 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-16 10:34:21
- ,,저는 좀 다르게 봅니다.
공간이 확보되어있는데 내부무장창 기술이 신기술도 아니고 이미 2차 대전때 폭격기에서 실현햌ㅅ던기술이며
60년대초에 초음속 전투기에도 미국이 내부무장창 장착한 전투기를 만들었습니다.
한국이 실현 할려고 하면 못할 기술은 절대 아니죠.
그런데 왜 뒤로 뺗까요...
저는 외부에서 견제 들어오는걸 방사청에서 극히 경계하고 있다고봅니다.
그래서 겉으로는 4.5세대 기준을 넘어 가는 전투기 성능 즉 스펙을 아직까진 공개 안하고 가정도 묵살하는거라고 봅니다.
이건 방사청에서 KFX가 완성되기까지
정치적으로나 기술적으로나 미국의 눈치를 봐야할 일이 내부적으로 있기 때문이라고 생각합니다.
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- 똘스 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 18:50:17
- 제가 알고 있기로는 전투기의 벌크헤드는 강성이 높아야 하기에 절대로 탄소섬유로 제작 하지 않습니다.
강도도 중요하지만 벌크헤드는 강성이 생명 입니다
저 가공은 밀링 가공이라고 하지 않고 보통 머시닝센터 5축 가공 입니다.
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- 그붐이 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-21 12:15:46
- 2중 각도 아니면 보통 3축으로 가공합니다. 저거 가공할려고 5축으로 하면 손해죠 .... 형상보니 3축으로 완가공 가능한거 같은데 .... 제가 해봐서 알아요 ... 2중각도 드릴도 공구 척에따라서 각도조절되는 척이 있기때문에 5축은 잘 사용 안합니다. 복잡한거 아닌이상은
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- 당당 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-20 20:18:05
- 머시닝센터도 밀링입니다.
통상 밀링가공이라고 합니다.
3축밀링은 흔하고, 5축은 잘 없는데, 본질이 밀링인 건 변함이 없습니다.
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- xwing (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 19:05:44
- 사실 가공이야기는 저 밀링자국 설명하려고 쓰던건데 머시닝셍터 이야기 까지가면 너무 많이 나가는 느낌이라...ㅎㅎ 근데 저 형상이면 3축가공으로도 충분하지 않을런지요. 실제 가공에 쓴 장비눈 3축인지 5축인지 모르겠지만요.
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- LImt001 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 18:34:27
- 탄소섬유 벌크헤드를 만들면 저런 복잡한 모노코크 형상이 나오나요? 탄소섬유 벌크헤드를 검색해 보면 형상이 시트를 적층한후, CNC로 절삭해 만들지 않고 구조체들을 접착제로 결합해 만들것 같은 생각이 듭니다.
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- 심심이9x (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 16:28:51
- F-35 제작공정을보니, 일단 듀랄루민 또는 티타늄으로 적당한 여유도를 주어서 단조과정을 거쳐 두꺼운 판을 만듭니다. 그 이후에 밀링머신으로 잉여부분을 깍아내는데..F-35는 이과정에서 밀링공구인 엔드밀에 극저온인 액체질소를 통과시켜 냉각시키면서 일반 가공공정보다 월등히 고속으로 깍아내고, 열변형도 줄인다더군요...
또 일부부품은 3D프린팅 비슷한공정으로 두꺼운 모양의 티타늄판을 만든후에, 다시 밀링머신에서 잉여부분을 깍아내기도 하더군요...
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- xwing (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 17:24:45
- 티타늄의 경우에는 아예 Die forging으로 해서 기본형상을 찍어내고 세부부분만 가공해버리더군요.
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- 데굴데굴데굴 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 14:44:30
- 뭐, 좀더 SF적으로 간다면,
무장창에 웨폰베이와 CFT를 선택장비할수 있게 하는것도 괜찮겠네요.
단거리, 스텔스 임무에는 내부무장창에 무기를 장착하고,
장거리, 비스텔스 임무에는 무장창 떼내고 CFT 장착하고,,,
실제로는 공간이 모자라서 될지 모르겠지만요.
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- 데굴데굴데굴 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 17:01:50
- 무장창을 아예 기체와 별도의 박스형태로 만들면 되겠죠.
말하자면 기지에서는 무장창에 무장을 하고 보관하다가,
임무가 떨어지면 임무성격에 따라 세팅된 무장창을 통째로 KFX동체에 결합하는 구조가 되겠네요.
이거저거 여기저기 조립하는것 보다 덜 번거로울듯.
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- 짬뽀 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 15:39:09
- 무장창예정공간에 밥통을 집어넣으려면 송유배관 같은것도 추가해야 할텐데.. 가능하려나요?
Block 1은 저 공간 잘 활용하면 나중에 업글같은것도 가능하겠다 라는 생각이 들기도 합니다.
전자전 장비를 집어넣는다던가..(가능한지는 모르겠고요)
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- raptor79 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 14:13:21
- 모양이 저렇다면 아예 블럭1을 반매립식이 아닌 내부무장으로 해서 나오지 않을까하는 망상을 해봅니다.
반매립식은 페이크인걸로...
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- 애가셋 (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 11:35:39
- 정말 궁굼했었는데.....가뭄에 단비같은 글 감사합니다.
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- goldboy (112.175.xxx.xxx)
- 2019-02-15 11:31:05
- 사이트가 무슨 이유인지 모르지만 많이 침체되었었는데 오늘 발제된 글을 보면서 과거의 명성을 되찾지 않을 까하는 기대가 됩니다.
수준높은 글을 보니 기분이 좋습니다.
고맙습니다.
