2016 년도 MSC 인더스트리얼포럼 2016. 8.
- Contents - Ⅰ 항공산업의도약과발전 Ⅱ 복합재료적용과활성화
Ⅰ. 항공산업의도약과발전
대한민국항공산업역사 (~1999) " 기술력축적및자립기반단계적확보 " 도입기창정비 (Military Aircraft Maintenance) 국내최초조립생산 (Knock-down Production) 부품국산화본격육성 (Parts Localization) 면허생산 / 독자개발착수 (Indigenous Development) KF-16 면허생산 부활호제작 PL-2 훈련기제작 KF-5 조립생산 KT-1, T-50 개발 L-19, F-86 정비 500MD 조립생산 민항기부품생산 군단 UAV 개발 4
항공산업본격적육성 (1/4) : T-50 "T-50 사업본격화및 FA-50 성공적개발 " 초음속훈련기 T-50 개발 / 양산 체계개발 10 년 (1997~2006) T-50 초도비행성공 (2002.8) 세계 12 번째초음속항공기개발국 (The World's 12th Supersonic Jet Development Country) 경공격기 FA-50 개발 / 양산 T-50 기반 FA-50 개조개발 (2008~2012) - 레이더, 데이터링크, 정밀유도무기등장착 5
항공산업본격적육성 (2/4) : KUH " 수리온성공적개발로회전익산업기반확보 " 한국형헬기수리온개발 / 양산 최단기체계개발완료 "6 년 " (2006~2012) 수리온초도비행성공 (2010.3) 세계 11 번째헬기개발국 (The World's 11th Helicopter Development Country) 수리온형식인증획득 (2012.6) 수리온성공적전력화 (2012~) 수리온개발배경및효과 T-50 개발종료후개발인력유지 발전 회전익국내독자모델개발 : 고정익중심 고정익 + 회전익 군용기인증체계구축 LAH/LCH 개발사업화기반기술확보 미국중심에서유럽으로기술협력확대 6
항공산업본격적육성 (3/4) : KC-100 " 소형민항기성공적개발및민항기인증체계구축 " KC-100 개발성공및양산화 국토부민항기국내인증체계구축및 BASA 체결위한시범기개발 (2008~2013) - 초도비행성공 (2011.6) - 국내최초민간감항증명획득 (2013.12) - 미국과항공안전협정 (BASA) 체결 (2014.10) * BASA: Bilateral Aviation Safety Agreement KC-100 개발의의 BASA 체결로민항기수출산업화기반마련 향후민수완제기 (Biz Jet, 중형기 ) 개발교두보확보 비행훈련전과정국산기훈련체계완성 - 공사생도비행실습용훈련기로양산중 비행실습 (KT-100) 전술입문 (TA-50) 기본훈련 (KT-1) 고등훈련 (T-50) 7
( 생산규모 ) (Sales, $B) 1.1조원 0.7조원 KAI 2000 항공산업본격적육성 (4/4) : 수출산업화 " 국산항공기수출을통한高성장동력확보 " 국내 Korea 2001 외형 4 배성장 (4 Times Growth) 2.3 조원 KAI 2007 2011 2012 2013 2014 4.5 조원 국내 Korea Aircraft Export KT-1 KT-1 T-50 KT-1 T-50 FA-50 인니 17 대 (Indonesia) 터키 40 대 (Turkey) 인니 16 대 (Indonesia) 페루 20 대 (Peru) 이라크 24 대 (Iraq) 필리핀 12 대 (Philippines) 마케팅대상국 (Active Marketing Campaign) 시장소요 : 800 여대 (~'23 년 ) 판매전망 : 180~200 대 ( 시장점유율 25%) 시장소요 : 3,300 여대 (~'30 년 ) 판매전망 : 1,000 대이상 ( 시장점유율 30%) 시장소요 : 1,000 여대 (~'25 년 ) 판매전망 : 300 대 ( 시장점유율 30%) 터키 말레이시아 투르크메니스탄 아제르바이잔 미국 페루 보츠와나 태국 이라크 인도네시아 헝가리 칠레 8
항공산업발전전략 (1/5) : 전략사업 (KF-X) " 노후전투기대체위한중급전투기국제공동개발 / 양산 / 수출 " KF-X 전투기사업산업 / 기술파급효과고용창출효과 KF-X Fighter Program 기술파급 42 조 (Technology Effect) 산업파급 51 조 (Industry Effect) 30 만명 (300,000) 생산대수 (Units) OOO 여대 *Domestic, International Partner 매출규모 (Sales) 61 조원 ($61B) *Development, Production, Operation 93 조원 ($93B) 추진일정 (Schedule) KF-X 체계개발 (EMD: Engineering, Manufacturing, and Development) 양산 (Serial Production) 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 9
항공산업발전전략 (2/5) : 전략사업 (LAH/LCH) " 노후헬기대체위한소형무장헬기및민수헬기통합개발 / 양산 / 수출 " LAH/LCH 헬기사업산업 / 기술파급효과고용창출효과 LAH/LCH Helicopter Program 기술파급 7 조 (Technology Effect) 산업파급 16 조 (Industry Effect) 11 만명 (110,000) 생산대수 (Units) 1,OOO 대 *Domestic, Export, Derivatives 매출규모 (Sales) 21 조원 ($21B) *Development, Production, Operation 23 조원 ($23B) 추진일정 (Schedule) LCH 체계개발 (EMD) LAH 체계개발 (EMD) LCH 양산 (Serial Production) LAH 양산 (Serial Production) 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 10
항공산업발전전략 (3/5) : 전략사업 (T-X 수출 ) " 미공군고등훈련기대체사업으로세계훈련기시장석권 " T-X 수출사업산업파급효과고용창출효과 USAF T-38 Replacement T-X Program 18 만명 (180,000) 생산대수 (Units) 1,000 대 *USA, International Market 매출규모 (Sales) 38 조원 ($38B) *Development, Production, Operation 31 조원 ($31B) 추진일정 (Schedule) 시범기개발 *T-X Demonstration Aircraft Development T-X 개발 (EMD) T-X 양산 (Serial Production) 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 11
항공산업발전전략 (4/5) : 전략사업 ( 군 / 민수 MRO) " 항공기 After-Market 영역본격산업화 " 군수 MRO M i l i t ary M R O 성능개량사업화 Upgrades & Modification 기체정비, 항전 / 보기류부품수리 민수 MRO C o m m er c ial M R O 군 / 민수연계시너지창출 후속지원고부가가치화 항공전자 / 보기기술력심화 국산항공기, 해외도입기 후속지원사업화 Sustainment & Training 기체 / 라인정비 엔진 / 보기확대 MRO 전문업체설립 / 운영 *MRO : Maintenance, Repair & Overhaul 기술, 보급, 운영지원 조종사양성및훈련체계 12
항공산업발전전략 (5/5) : 전략사업 ( 민수완제기 ) " 국산브랜드민수완제기시장진입통한안정적민수확대 " 과거 Past 현재 Present 미래 Future Build-To-Print Design & Build (Risk-Sharing Partner) 장기성장방향 KAI-Brand Aircraft Build-To-Print 사업에서시작하여대형민항기 RSP Tier-1 파트너입지확보 고유브랜드의민수완제기개발을통한세계민항기시장진출, 사업영역확대 13
핵심역량확보및발전계획 구분 ~ 2015 ~ 2020 ~ 2030 항공기설계 시험평가 (Aircraft Design, Test & Evaluation) 고등훈련기 (Advanced Jet Trainer) 기동헬기 (Utility Helicopter) Part 23 급민수완제기 (Commercial Aircraft, FAR 23) MALE 급무인기 (Middle Altitude Long Endurance UAV) 중급전투기 (Medium Fighter Aircraft) 무장헬기 / 해상작전헬기 (Armed Helicopter & Maritime Helicopter) MALE 급차세대무인기 (Next Generation MALE UAV) 항공기성능개량독자수행 ( 항공전자, 무장 ) (Upgrades & Modification of Aircraft) 중형민항기 (70~100 인승 ) (Regional Transport Aircraft, 70~100 seats) 무인전투기 (UCAV) 개발 (Unmanned Air Combat Vehicle) CMMI Level 5 인증 개발 / 기술인력 3,000 명 개발 / 기술인력 5,000 명 Airbus 설계승인권획득 (Engineering Resource 3,000) (Engineering Resource 5,000) 인프라 (Infrastructure) (Airbus Engineering Authority Delegation) 개발 / 기술인력 1,500 명 (Engineering Resource 1,500) 작업장 31 만평 (Site Area 1km 2 ) 작업장 50 만평 (Area 1.6km 2 ) - 전투기생산시설 - 대형민항기정비시설 - 발사체총조립시설 작업장 100 만평 (Area 3.3km 2 ) - 민수완제기생산시설 ( 항공국가산업단지연계 ) 14
국내항공업체협력 (1/2) " 국내항공업체와유기적협력을통해 T-50, KUH 등개발성공으로중급전투기개발능력구축 " 구분 KF-16 KT-1 계열 T-50 계열 KUH 계열 KC-100 기종 사업추진 KAI-LM 국과연 -KAI KAI-LM KAI-EC KAI 국산화율 40% 69% 64% 63% 80% 참여업체 19 개 40 개 49 개 59 개 12 개 국산화 업체 국산화 품목 < 18 개업체 > 삼성항공, 대우중공업, 대한항공, 한라중공업, 현대정공, 한국화이바등 < 4 개품목 > 전방 / 중앙 / 후방동체, 엔진, 주익 < 8 개업체 > 삼성테크윈. 위아, 한화 LIG 넥스원, 대한항공, 한국화이바등 < 58 개품목 > 전방동체, 고정익, 보조익, 파일런, 유압장치, 착륙장치, 연료탱크, 지상접지, 프로펠러, 통신항법장비 < 17 개업체 > 한화, LIG 넥스원, 위아, 삼성테크윈, 경주전장, 금호타이어, 한국화이바, 등 < 136 개품목 > 동체, SMS, LEFAS, FCISA, Reservoir, Accumulator, SBA, FLCC, HUD, U/VHF, Radar, 랜딩기어, 엔진, APU, 주발전기, 타이어, 캐노피, 조종석판넬, ACCTVS, ICS, 외부연료탱크, 배기덕트, CIB, DC 컨버터, RF 케이블, BCCU, 배터리등 < 29 개업체 > 대한항공, 위아, 퍼스텍, 한화, 삼성테크윈, 삼성탈레스, LIG 넥스원, 등 < 400 개품목 > 동체, 상부데크, 계기판콘솔, 화재경보장치, 공기흡입구, 나셀, 적외선감쇄기, 방빙장치, 압력조절덕트, 유압공급장치, 조향장치, 전선, 공기분배장치, 전선절단기, 조종석, 엔진추력조절장치, 소화장치, 발전기, 유압분배장치, 휠브레이크장치, 내외부조명, 난방환기장치, 사수석, 탑승석, 기관총 < 3 개업체 > 퍼스텍, 동진전기, 세운테크놀러지 < 8 개품목 > 동체, 내장재등 KF-X 와 LAH/LCH 은국내항공업체와동반성장으로국내항공산업선진국진입목표 15
국내항공업체협력 (2/2) 국내협력업체업체수인력 설계 / 제작 ( 생산 ) 77 社 11 천명 서울 / 인천 / 경기 (19 社 ) LG CNS, 휴니드, 인텔릭스등 대구 / 경북 (3 社 ) 한화탈레스, LIG 넥스원등 대전 / 충청 (9 社 ) 한화, 연합정밀, ETRI 등 부산 / 울산 / 김해 (7 社 ) 한국치공구, 대한항공등 광주 / 전라 (3 社 ) 경남사천 / 진주 (19 社 ) 경남창원 / 밀양 (17 社 ) 금호타이어, 데크등 아스트, 하이즈, S&K 등 한화테크윈, 현대위아등 16
Ⅱ. 복합재적용과활성화
해외복합재료적용추세 (1/2) 기계, 수송, 레저등전산업군에서고성능복합재료수요급격히증가 효율성측면에서혁신적인복합재신소재, 신공정연구개발을통해실용화확대 중량절감 최신민수항공기 운용유지비절감 넓은실내공간제공 Others Ti 8% Steel 3% A380 B787 A350 Others Others 5% Composite Ti Composite Ti 7% 8% 24% 11% 50% 14% Composite 53% Steel 8% Aluminum 60% Aluminum 24% Steel 6% Aluminum 19% 2000 년초반을기점으로민간항공기의복합재적용비율급증하는추세임 18
해외복합재료적용추세 (2/2) 최신전투기 항공기성능극대화에초점을둔혁신적인복합재신소재, 신공정연구개발을통해실용화확대 중량절감을통한최대속도, 작전반경확대 F-18E/E F-22 F-35 Others 15% Ti 21% Steel 14% Aluminum 31% Composite 19% Others 15% Ti 39% Composite 24% Steel 6% Aluminum 16% Others Ti 7% 15% Steel 0% Aluminum 43% Composite 35% 19
국내개발항공기복합재료적용추세 민수 / 군수개발항공기복합재료적용확대추세이나소재및핵심기술의해외의존도높음 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% KT-1 KA-1 Export T-50 TA-50 FA-50 T-50 Export (4%) KUH 경찰상륙기동 (16~29%) UAV LCH KC-100 KFX BIZ Reg. Transport LAH (65%) (69%) (20~35%) 고성능복합재료소재및핵심기술경쟁력확보가시급함 20
항공기복합재구조기술발전추세 (1/2) 기술적특징 복합재구조설계와제작기술은상호매우밀접한연계성과의존성있음 + Autoclave 성형 2010 년 자동직조 + 수지충전성형 고품질자동화기술 Autoclave 성형기술 자동직조 + 수지충전 + 인발성형기술 재료대체기술 Autoclave 성형기술 수작업적층 Autoclave 1980 년 1990 년 고품질기술 Autoclave 성형기술 자동적층기술 Filament Winding 2000 년 자동화기술 Autoclave 성형기술 수지충전기술 압출성형기술 자동직조기술 신뢰성확보가능함에따라고품질의대형화, 자동화, 저가공정으로발전추세임 21
항공기복합재구조기술발전추세 (2/2) 확보시급요소기술 현수준 : 자동화장비활용한형상구현및부품제작후납품수준 확보필요기술 : 독자항공기개발위한핵심 / 기반 / 응용요소기술 구분대형화 / 일체화 / 자동화오토크레이브탈피기술 핵심요소기술 기반요소기술 응용요소기술 열변형예측기술 두꺼운복합재료경화해석기술 일체형접합기술 (co-curing, co-bonding) 재료물성치확보 ( 설계허용치 ) 대형적층Tool 설계 / 제작기술 AFP/ATL 자동적층기술 대형성형품검사기술 복합재소음특성 / 해석기술 복합재충돌특성 / 해석기술 복합재화염특성 / 해석기술 복합재낙뢰영향 / 환경특성기술 보강재 / 수지성형물성정량화기술 수지유로설계, Gate/Vent 설계기술 Preform 직조및해석기술 재료물성치확보 ( 설계허용치 ) 공정기술 ( 균일제품품질확보 ) 좌동 요소기술확보가있어야만복합재적용확대가능함 22
복합재적용관련주요기술현안 (1/5) 충격손상 군용항공기감항인증기준 (MIL-HDBK-516C) 에서복합재설계에고려해야할충격손상기준 : 0.1 Dent Depth를유발하는에너지또는 100 ft-lbs 중낮은값적용 복합재구조물이충격손상에민감하여손상허용설계허용치가상당히낮으며, Barely Visible Impact Damage(BVID) 수준의충격손상에도상당한강도및강성저하발생 항공기구조물의저속충격위협요소 1. 공구또는공구박스낙하 ( 주익상부스킨 ) 2. 활주로잔해 ( 주익하부스킨 ) 3. 우박 ( 동체, 주익, 미익 ) 4. 정비시유발되는손상 충격손상검출능력 (Dent Depth) 1. 0.3mm ( 상세육안검사, Airbus) 2. 1.25mm ( 일반육안검사, Airbus) 3. 2.54mm ( 육안검사, MIL-HDBK- 516C) 복합재충격손상발생시손상허용설계허용치대폭저하 복합재의높은비강도와비강성은손상이없는경우에만유지 23
복합재적용관련주요기술현안 (2/5) 면외응력 Classic Laminate Theory (CLT) 는평면응력상태를가정하기때문에 Out-of-Plane 응력성분들은고려하지않음. ( z = 0, yz = 0, xz = 0) CLT 적용이불가능한 Free Edge 및불연속점근처에서는 In-plane 하중에서층간응력발생 CLT 적용불가 CLT 적용가능 복합재의경우매우낮은 Peel Strength 와 Shear Strength 보유 층간응력으로인한 Delamination 발생용이 24
복합재적용관련주요기술현안 (3/5) 결함성장예측 가변진폭반복하중을받는복합재의손상예측모델은여전히미성숙단계임. 결함성장수명예측 잔류강도저하예측 강성저하예측 운용하중스펙트럼 응력해석결과 손상예측모델 수명및잔류강도 재료물성치 복합재결함성장예측모델미성숙으로 No-Growth 개념적용 결함성장해석방법에대한연구필요 25
복합재적용관련주요기술현안 (4/5) 노치피로강도 노치가있는복합재구조물의정적강도저하가금속재대비훨씬큼 복합재의경우소성변형이없어응력집중현상완화안됨 6 mm 홀노치기준약 30% 강도저하발생 ( 알루미늄은 5% 이하강도저하 ) 노치가있는복합재구조물의잔류강도증가현상발생 반복하중으로인해노치주위에결함이진전함에따라노치주변응력집중효과완화 노치정적강도 노치잔류강도 복합재정적강도는노치에매우민감함 26
복합재적용관련주요기술현안 (5/5) 기타요소들 환경 ( 온도및습도 ) 고온에서복합재강도및강성저하가발생 다습으로인해 Resin의수분함량이증가할수록강도및강성저하효과가속 Resin의수분함유량이증가할수록유리천이온도저하유발 높은재료물성치산포 ( 정적및피로 ) A-Basis 또는 B-Basis 허용치저하 금속재수준의신뢰성을보장하기위해피로시험에 Load Enhancement Factor (LEF) 적용 취약한열및전기전도도로인한낙뢰손상위협증가 화재시유독가스및강도 / 강성저하발생 전투손상에대한생존성및수리성불리 제작공차가커서조립시문제발생가능성증대 UD 자재두께공차 : +/- 5~6% Fabric 두께공차 : +/- 8% 27
항공용복합재료및부품개발전략 (1/3) 현재진단 항목 국내수준 선진항공사 소재개발 T800 급탄소섬유개발 항공용인증소재없음 통계적물성 DB 진행중 민수 / 군수용고성능탄소섬유보유 부품개발 FAR Part 23 급소형민수 / 무인기 - 동체 / 주익스킨, 스파등주구조물 고정익 / 회전익군수항공기 - 조종면스킨, 블래이드등주구조물 FAR Part 25 급중대형민수항공기 - 동체 / 주익스킨, 스파, 프래임등 회전익 / 고정익군수항공기 - 동체 / 주익스킨류등주구조물 주구조물부품및조립체로확대, 항공용소재인증미확보상태 28
항공용복합재료및부품개발전략 (2/3) 소재국산화 목표 : 고성능카본복합재료국산화현상황 : 국산항공용복합재료없음 : 고성능 / 고품질, 공정안정화, 개발장기소요, 소요량부족 ) 대응방안 : 소재개발업체의대형개발사업시적용될복합재료의국산화노력필요 대형개발사업적용국산복합재료개발을선행연구로확보필요 29
항공용복합재료및부품개발전략 (3/3) 부품국산화 목표 : 대형 / 일체화된복합재구조부품개발 현상황 : 선진항공사기술지도에의한제작기술있으나, 설계및인증기술부족 대응방안 : 국내개발중소형항공기적용을목표로사업착수전선행연구로설계및인증기술확보 Large Monolithic Fuselage (RTM) Co-cured / Co-bonded Fuselage 국내개발중소형항공기구조부품적용목표로선행연구착수필요 30
항공기복합재료활성화전략 (1) 단계별국산화및산업화전략 산업화 항공, 풍력 자동차, 건설 산업화 항공 구성품개발 ( 제작 ) 치공구설계 공정변수특성평가 구성품시험평가 대형화 / 일체화성형 1 단계국산화 / 산업화 복합재물성 DB 재료인증 구성품개발 ( 제작 ) 치공구설계 공정변수특성평가 구성품시험평가 대형화 / 일체화성형 요소기술 구조해석 ( 응력 / 피로 ) 소음, 진동 충격 / 충돌 화염, 낙뢰 기반기술 비파괴검사 수리기법 공정인증 재료물성평가 2 단계국산화 / 산업화 타산업으로의 Spin-off 는기반기술및요소기술확보로가능 31
항공기복합재료활성화전략 (2) 복합재기반기술및요소기술확보를위해수요업체를중심으로 Network 구축필요 해외.NCAMP.CMH-17 - NCAMP: 참여중 (2009~ ) - CMH-17: 참여중 [2009~ ) - MMPDS: 참여중 (2012~ ) 사외 시험기관.KTL.RSP.FITI.etc..MMPDS.etc. KAI. 서울대. 항공대. 경상대.etc. 학계 (M&P) 광역경제권선도산업항공우주부품기술개발사업지식경제프론티어기술개발사업산업융합원천기술개발사업부품. 소재기술개발사업 KAI M&P Lab.KIMS. 생기연. 경남TP.etc. 연구소 복합재기술및국산화를위한국내 / 외기술클러스터구축 / 활용 32
비전달성을위한우리의역할 정 부 강력하고지속적인지원 산업육성방향및정책수립 핵심부품 R&D 및수출지원 산업체 학 계 제품화 / 산업화 / 수출화집중 ' 개발 ~ 운영 ' 全수명주기산업화 국산항공기수출산업화주도 기초 R&D 및핵심인력양성 기초 / 기반기술, 장기방향성연구 실무형, 융 / 복합창의인재양성 연구소 핵심기술력제고및공유 핵심기술연구및산업체지원 보유시설 / 장비공동활용 ' 산 학 연 관 ' 의상호긴밀한교류및협력이비전달성의핵심성공요건 33
輸出立國航空大國 34