탄소섬유로 동체 제작…연료소모는 적고 속도는 더 빠르게

미국의 대형 항공기업체 보잉사가 이달 초 워싱턴주 시애틀 교외 본사에서 '보잉787'을 선보였다. 이 장소에는 언론을 포함해 전 세계 1만5000명가량이 참가했으며 45개국에 9개 국어로 위성 중계돼 1억명 이상이 시청한 것으로 알려졌다. 이 비행기는 첫선을 보이기도 전에 이미 세계 각국의 항공사에서 677대(7월6일 기준)의 주문이 밀려들어 있는 상태. 지금 비행기를 사겠다고 신청해도 7년 후에야 비행기를 인도받을 수 있을 정도로 인기를 끌고 있다. 그야말로 '슈퍼스타'의 탄생이다.

보잉787의 별칭은 '드림라이너'다. 말 그대로 '꿈의 비행기'라는 뜻이다. 이 비행기는 보잉사가 차세대 항공기 시장을 겨냥해 무려 13년에 걸려 개발한 야심작으로 최대 330명이 탈 수 있다. 보잉777에서 787로 시리즈 넘버가 바뀐 것은 이 비행기에 기존 비행기에서 볼 수 없는 특수한 변화가 일어났다는 뜻이다. 대체 어떤 변화가 있었기에 사람들은 이 비행기에 열광하는 것일까?

◆탄소 복합소재로 만든 가벼운 비행기 보잉787의 가장 큰 특징은 '가볍고 튼튼하다'는 점이다. 무게가 덜 나가는 첨단 탄소 복합소재로 기체의 절반 이상을 제작했다. 여기에 사용된 소재는 '탄소섬유 강화플라스틱'. 탄소섬유와 에폭시 수지를 결합한 물질이다. 기존 보잉777은 알루미늄 50%에 복합소재 12%를 사용했으나 보잉787은 50%의 복합소재와 20%의 알루미늄,15%의 티타늄을 썼다.

기존 항공기 동체는 볼트를 이용해 금속판들을 연결했다. 그러나 탄소섬유 복합소재는 이런 식으로 동체를 만들 수 없다. 이에 따라 보잉사는 '테이핑' 공법을 도입했다. 이는 동체 모양의 거대한 틀을 만든 뒤 이를 회전시키면서 커다란 테이프를 여러 겹으로 틀의 안쪽에 바르는 방식이다. 이 테이프는 고강도 탄소섬유로 짠 직물을 액상 폴리머 혼합물에 담근 것이다. 바르는 작업이 끝나면 틀의 나머지 공간에 에폭시 수지를 채우고 특수 제작한 가압 장치에 넣는다. 이 장치에서는 압력과 열로 화학작용이 일어나 복합소재가 형성된다. 마지막으로 씌웠던 보조재를 벗겨내면 동체가 모습을 드러낸다(바가지에 여러 겹의 신문지를 붙이고 말렸다가 떼어내 종이탈을 만드는 것과 유사한 과정이다.창문이나 입구는 종이탈에 눈구멍을 뚫듯이 잘라내서 만든다).

◆연료 효율 20%,속도 15% 높여 보잉사는 보잉787이 기존 비행기보다 20%가량 연료 효율이 높다고 밝혔다. 연료 효율이 높아진 데는 엔진 성능 향상 등 여러 요인이 있을 수 있으나 무엇보다도 무게가 가벼워진 것이 가장 중요한 이유라고 전문가들은 분석하고 있다. 무게가 가벼우면 더 빨리 날 수 있다. 보잉787의 속도는 마하 0.85(약 1040km/h)로,기존 비행기들의 평균 속도인 시속 903km보다 15%가량 빠르다.

비행거리도 1만5700km(787-8 기준)로 길다. 이는 대형기인 보잉747(1만3000km)보다 20% 정도 멀리 날 수 있다는 뜻이다. 비행거리가 길어지면 항공사들이 중남미나 아프리카처럼 먼 거리까지 직항로를 개설할 때 반드시 대형기를 사용해야 하는 부담에서 벗어날 수 있어 보다 효율적인 운영이 가능해진다.

정비 비용도 적게 든다. 테이핑 공법으로 만들어진 탄소복합소재 비행기는 금속판과 금속판을 연결하기 위해 대량의 금속볼트를 사용할 필요가 없다. 보잉787에 사용된 금속볼트 수는 기존 비행기보다 5만개나 적다는 것이 회사 측 설명이다. 그만큼 비행기가 가벼워질 뿐만 아니라 연결 부위가 벌어지는 등의 문제가 생기지 않아 정비비가 절감될 수밖에 없다.

또 탄소복합소재는 승객들의 안락한 비행을 보장한다. 더 높은 기압에서 견딜 수 있어 비행고도를 6000피트까지 낮출 수 있기 때문이다. 이렇게 되면 비행기가 떠오를 때 기압차로 귀가 먹먹한 현상 등이 줄어들 수 있을 것으로 예상된다. 기존 비행기는 습기에 약한 금속으로 만들어져 기내 습도를 건조하게 유지해야 했으나,부식에 강한 탄소복합소재로 만든 비행기는 내부 습도를 인체가 편안한 수준인 40~60%까지 끌어올릴 수 있다. 안구건조증이나 천식 등을 앓는 사람들이 비행기를 타기가 한결 수월해진다는 뜻이다.

도움말=한국과학기술정보연구원