루프트한자는 여객기에 "상어 피부"를 적용하여 자연의 디자인을 모방하여 효율성을 높이고 잠재적으로 연료 소비를 최대 2%까지 줄입니다.

요약:

독일의 Lufthansa Technik은 최근 유럽 항공 안전청으로부터 자사가 개발한 생체공학 표면 소재인 'AeroSHARK'를 Airbus A330-300 여객기에 설치하고 비행 테스트를 실시하도록 승인을 받았습니다. 개발팀은 상어 피부의 구조적 특성을 활용하여 대형 여객기가 상어가 수영하는 것처럼 더 효율적으로 공중을 이동할 수 있기를 희망합니다.

현대 항공 산업의 가장 큰 과제 중 하나는 항상 공기 저항이었습니다.

현대 여객기의 동체는 현미경으로 보면 매우 매끄러워 보이지만 금속 표면에는 실제로 작은 울퉁불퉁한 구조가 많이 포함되어 있습니다. 비행기가 시속 890km의 속도로 비행할 때 기체 표면에 얇은 공기층이 달라붙게 됩니다.

몸과 이 공기층 사이에는 약 1mm 두께의 영역이 있습니다. 점성 하층이라고 불리는 이 지역은 작은 소용돌이와 공기 교란으로 이루어진 혼란스럽고 무질서한 덩어리로 가득 차 있습니다.

소위 "표면 마찰 저항"을 구성하는 것은 눈에 띄지 않는 이러한 소규모 난류입니다. 연구에 따르면 이러한 유형의 저항은 항공기 전체 공기 저항의 약 절반을 차지하므로 연료 소비 및 비행 효율성에 영향을 미치는 중요한 요소가 됩니다.

항공 엔지니어들은 오랫동안 이 항력을 약화시킬 방법을 모색해 왔으며 궁극적으로 그 답은 바다의 정점 포식자에게서 나왔습니다.

사람들은 종종 상어가 매우 매끈하다고 생각하지만 실제로 상어의 피부는 극히 작은 비늘로 덮여 있습니다. 치아라고 불리는 이 비늘은 규칙적인 간격을 두고 길쭉하게 융기된 구조를 가진 소형 치아와 유사합니다.

이 작은 질감은 상어 몸의 방향을 따라 늘어서 있습니다. 물이 흐르면 ​​수많은 미세 소용돌이도 형성됩니다. 그러나 진피 치아 표면의 돌출부는 이러한 소용돌이를 피부에서 더 멀리 가두어 신체 표면의 물 흐름에 대한 직접적인 교란을 줄일 수 있습니다.

상어가 바닷물에서 빠른 속도로 더 효율적으로 헤엄칠 수 있도록 돕는 것은 바로 이 메커니즘입니다.

AeroSHARK의 디자인 컨셉은 이러한 자연 현상에서 비롯되었습니다.

이 시스템은 본질적으로 표면에 약 50미크론 너비의 미세한 홈이 양각으로 새겨져 있는 특수 폴리머 필름 층입니다. 상어 피부 이빨의 높이, 간격 및 기하학적 구조를 정확하게 모방함으로써 연구자들은 상어와 유사한 항력 감소 효과를 얻을 수 있기를 희망합니다.

설치 후 이 필름은 대형 필름처럼 항공기 동체 외부를 덮게 됩니다. 이러한 미세한 구조물을 통해 공기가 흐르면 원래 항공기 표면에 형성된 교란이 재구성되어 공기 저항이 감소하고 비행 효율이 향상됩니다.

Lufthansa Technik의 계산에 따르면 현재 버전의 AeroSHARK는 단일 비행의 연료 소비량과 탄소 배출량을 약 1% 줄일 수 있습니다. 향후 날개, 꼬리 등 부품까지 더욱 확대되면 배기가스 저감 효과는 약 2%까지 높아질 것으로 예상된다.

이번 테스트 승인이 AeroSHARK가 처음으로 실용화되었다는 의미는 아닙니다.

실제로 이 기술은 일부 보잉 777 화물기 및 여객기에서 상용운용 인증을 받았으며, 실제 항로운항에서도 많은 경험을 축적해 왔다.

지금까지 AeroSHARK 시스템은 루프트한자 그룹의 많은 장거리 항공기에 설치되었습니다. 회사가 공개한 데이터에 따르면 관련 기술은 수십만 비행 시간의 운항 기록을 세웠고 항공사가 많은 연료 소비와 이산화탄소 배출량을 줄이는 데 도움이 되었습니다.

그러나 Airbus 모델의 경우 이번 A330 인증은 특별한 의미를 갖습니다.

세계에서 두 번째로 흔한 장거리 광동체 여객기인 A330은 앞으로도 오랫동안 전 세계 항공사에서 계속해서 운항될 것입니다. AeroSHARK가 최종적으로 정식 인증을 획득하여 널리 사용된다면 잠재적인 시장 규모는 현재 범위를 훨씬 뛰어넘을 것입니다.

인증 작업을 완료하기 위해 Lufthansa Technik은 독일 드레스덴에서 관련 테스트 계획을 시작했습니다. Discover Airlines 소속 A330-300 여객기는 이 기술이 비행 성능, 안전 및 운영 신뢰성에 미치는 영향을 평가하기 위해 수정을 거치고 여러 차례의 비행 검증을 거칩니다.

동시에 R&D팀은 차세대 AeroSHARK 소재 개발을 진행하고 있으며, 향후 이 소재가 동체와 엔진 페어링뿐만 아니라 날개, 수평 꼬리, 수직 꼬리 등 더 큰 공기역학적 하중을 받는 부위에도 적용될 수 있기를 기대하고 있습니다.

업계 관계자들은 항공 산업이 점점 더 엄격한 배출 감소 요구 사항에 직면함에 따라 자연 디자인을 직접 활용하는 AeroSHARK와 같은 생체 공학 기술이 항공 효율성을 향상시키는 중요한 방향이 되고 있다고 믿습니다. 항공사 입장에서는 연료소비를 1%만 줄여도 거대한 글로벌 노선망에서 상당한 운영비 절감과 탄소배출 저감 효과를 의미하게 된다.

테스트 프로그램에 Airbus A330이 추가된다는 것은 상어 피부에서 파생된 생체 공학 기술이 더 광범위한 민간 항공기로 확장되고 있음을 의미합니다.