알다시피 금속제 항공기가 나온 이래로 SR-71과 같은 변태적인 비행기들을 제외하곤 알루미늄을 주 재료로 사용함.
요즘에서야 CFRP같은 복합재료들의 비중이 들어가지만 여전히 알루미늄의 퍼센티지가 앞도적인건 그대로임.
그렇다면 왜 굳이 알루미늄일까?

아까 낮에 항공기 재료 떡밥이 나오면서 보니까 알루미늄이 가볍기 때문에 사용한다는 이야기도 있고 무게대비 철보다 더 단단하다는 이야기가 나오는데 사실 이는 잘못알고있는거임.
다음 비교를 한번 보자.

...............................................Mass density [kg/m^3]..........Modulus of elasticity E [GPa]
Aluminum alloy, Al6061-T6............... 700. ..........................................70.
Steel. ...............................................7850. ........................................200.

이를 비교해보면 철(일반적인 구조용 철임)이 6061-T6에 비해 밀도가 약 3배정도 큰데 탄성계수도 약 3배 큰걸 알 수 있음. 즉 탄성계수를 밀도로 나눈 값이 얼추 비슷하다는거임. 푸아송비(Poisson's ratio)도 둘이 얼추 비슷하니 전단탄성계수(Shear modulus of elasticity) G도 마찬가지로 밀도로 나누면 비슷하고. 즉 위에서 설명한 바와 같이 딱히 알루미늄이 더 가볍다거나 무게대비 튼튼하다느니 이런 소리는 거짓이란 것이지.

여기서 비전공자는 탄성계수가 뭐냐고 질문할 수 있겠는데 중고등학교때 배운 스프링 탄성계수 k랑 유사하다고 생각하면 됨. 실제론 응력과 변형률의 비율이긴 하지만. 이거설명하려면 글이 끝도없이 길어지니 일단 이정도로만 하고 넘어가겠음.

알루미늄이 항공기의 주 재료로 쓰이는 이유를 설명하기 전에 항공기에 작용하는 하중에 대해 잠깐 설명이 필요한데, 항공기의 하중은 압축, 인장, 비틀림, 굽힘 이렇게 네가지가 존재함. (이건 굳이 항공기만이 아니라 모든 구조물에 대해서 마찬가지임) 딱 어떤 하중이 어떤거다 라고 딱 나눌 순 없지만 각각에 대해 간단한 예시를 한가지씩만 들면 우선 압축 하중은 착륙할 때 랜딩기어에 걸리는 하중이 있음. 인장같은경우 트랙터 타입 프롭기에서 프롭이 추력을 발생시켜 앞으로 당기는데 다른 구조물에서 항력때문에 뒤쪽으로 힘이 걸리는거가 있고. 비틀림은 항공기가 한쪽으로 롤링할때, 굽힘은 항공기 날개에 양력이 분포하면서 날개를 위로 굽혀지게 만드는 것이 있겠지.

사실 항공기가 압축/인장만 받는다면 철을 쓰든, 알루미늄을 쓰든 큰 상관이 없어(물론 단순히 무게만이 고려사항일 때 말이지). 왜냐면 인장/압축에 대한 rigidity는 EA, 즉 탄성계수와 단면적의 곱인데 이 값을 알루미늄으로 했을 때와 철로 했을 때 같다고 한다면 둘의 무게는 같거든. 그런데 알다시피 항공기에 가해지는 하중은 이것 뿐만이 아닌데다가 주요한 하중도 아냐. 비틀림과 굽힘에서 rigidity는 각각 GJ, EI임. 여기서 J는 토션 상수, I는 면적 관성 모멘트이고, 둘 다 길이의 네제곱의 차원을 가짐. 정확한 정의는 아니지만 이 둘은 중심(도심일 수 도 있고 도심을 지나는 축일 수 도 있고)에 대해서 면적이 얼마나 넓게 분포하는지를 나타내는 척도라고 보면 돼. 근데 알다시피 알루미늄의 밀도가 낮기 때문에 같은 무게로 가운데가 비게 만든다면 훨씬 큰 값을 얻을 수 있어. 반대로 같은 rigidity를 얻는데 더 가볍게 만들 수 있지. 그런데 항공기 부재는 주로 압축, 인장보단 굽힘을 더 많이 받잖아? 그러니까 알루미늄이 주 재료로 쓰일 수 밖에.

물론 랜딩기어같이 압축하중을 받는데는 주로 철과 같은 재료를 쓰는데, 이건 알루미늄이든 철이든 목표한 하중을 견디기 위해 필요한 무게는 같은데 철의 부피가 더 작으니 그런거임.

쓰고나니 되게 두서없는 글이 됬는데 이해안되는 부분은 질문 ㄱㄱ

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