에어 택시: 혁신적인 소재 솔루션으로 빠른 이륙이 가능할까?
기술적 발전은 eVTOL(전기 수직 이륙 및 착륙, 종종 "에어 택시"라고도 함)의 상용화에 직면한 세 가지 주요 성공 요인을 해결할 수 있습니다. 미래와 현재 사이에는 전환 중인 세상이 있습니다.
최근 몇 년 동안 운송 산업은 도시 간 및 도시 내 에어 택시 또는 eVTOL 차량 개발에 대한 관심과 투자가 증가하고 있습니다. 오늘날 전 세계적으로 신생 기업과 기존 기업을 포함하여 250개 이상의 이러한 프로젝트가 있습니다. 대부분 프로젝트와 관련된 근본적인 과제는 eVTOL을 성공적으로 상용화하는 데 적합한 재료 또는 조합을 찾는 것입니다.

과제 1: 성능 대 무게 균형
성능과 전체 중량을 절충하는 것은 eVTOL 차량의 주요 과제입니다. 예를 들어, 현재는 전력을 위해 배터리 기술에 의존하지만 이 동력 장치는 항공기당 최대 500kg까지 무게가 나갈 수 있습니다. 순수 전기 추진은 전력과 범위 측면에서 고유한 과제를 제시합니다. 차량이 무거울수록 더 많은 전력을 소모하므로 경량화가 중요하며 안정적인 배터리 성능을 보장해야 합니다.

전력 대 중량 비율을 극대화하는 것은 항공우주 산업의 공통적인 관심사입니다. 경량화는 20세기 초에 처음 비행을 시작한 이래 항공 산업에서 끊임없이 다루어 온 주제였습니다. 그리고 Victrex는 25년 이상 PEEK 및 PAEK 기반 항공우주 솔루션으로 경량화 문제를 해결해 왔습니다. VICTREX™ PEEK 및 PAEK 폴리머 솔루션은 주로 항공우주 응용 분야의 금속 대체 솔루션에 사용되며 금속보다 40% 더 가볍고 5배 더 강합니다. 고강도와 저중량의 조합으로 인해 20,000대 이상의 상업용 여객기가 어떤 형태의 고성능 폴리머를 사용하여 운항하게 되었습니다. 그럴 만한 이유가 있습니다! 우수한 기계적 특성, 고온 성능, 내식성, 열 및 음향 절연이 있는 부품을 생산합니다. 또한 금속에 비해 무게를 줄이는 데 도움이 됩니다.

과제 2: 엔진 소음 감소
에어 택시가 대중적인 교통 수단이 되려면 객실의 편안함이 "필수"입니다. 따라서 엔진 소음도 중요한 요소입니다. 승객은 더 조용한 여행을 원합니다. 이를 해결하기 위해 다른 산업에서 배울 필요가 있습니다. 자동차 산업이 좋은 예입니다. 엔진을 축소하거나 적절한 크기로 조정해야 했기 때문에 "더 시끄러워졌고" 산업은 이러한 NVH(소음, 진동, 거칠기) 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다.

Victrex는 PEEK 폴리머 기어가 엔진 애플리케이션에서 소음을 50%(3dB)까지 줄일 수 있음을 입증했습니다. VICTREX HPG™ 기어를 사용하면 주철 기어에 비해 무게와 관성 모멘트도 각각 68%와 78%만큼 크게 감소합니다. 다른 잠재적인 이점으로는 금속을 사용하는 것에 비해 상당히 높은 비강도(단위 중량당 강도)와 내식성이 있습니다.

그러나 금속 기어를 PEEK 기어로 교체하려면 기어 설계에 대한 전문 지식도 필요합니다. 주요 자동차 제조업체를 포함한 여러 글로벌 제조업체가 기어뿐만 아니라 전체 시스템에 사용하기 위해 당사 제품을 고려했습니다. 이제 첫 번째 Victrex HPG 기어가 도로에 나왔으므로, 적절한 시기에 혼잡한 도로 위의 공간을 "차지"할 수도 있을 것입니다.

편안한 탑승감에 관해 말하자면, 오늘날 운항하는 상업용 여객기는 PEEK APTIV™ 필름으로 만든 열 음향 블랭킷(TAB) 단열재와 방염 장벽을 사용하여 승객 칸막이를 분리하고 승객 경험을 개선한다는 점을 언급할 가치가 있을 것입니다.

과제 3: 생산 비용 및 속도 최적화
우리는 eVTOL 차량의 구조적 요소에 대한 경량 복합 솔루션을 고려하고 있습니다. 두 가지 폴리머 매트릭스 옵션이 있습니다. 열경화성 수지와 열가소성 수지입니다.

열경화성 수지의 생산 시간은 비교적 길고, 온도 조절이 가능한 저온 환경에 보관해야 하며, 보관 기한이 제한되어 있습니다.

이와 대조적으로 고성능 PEEK 및 PAEK 폴리머를 기반으로 하는 열가소성 복합재 제품은 열경화성 수지와 유사한 무게를 가지고 있지만 다음을 포함한 다른 장점을 제공합니다.

더 빠른 생산

제조에 필요한 인프라 감소

재활용 가능

용매를 사용하지 않음

더 긴 수명

이러한 잠재적 이점은 공급망 전체에 공명하기 시작했습니다. 최근, 에어 택시 개발업체 Jaunt Air Mobility는 eVTOL 프로그램을 위한 열가소성 복합재 기반 부품을 개발하기 위해 Triumph Group과 파트너십을 맺었다고 발표했습니다.

성능과 효율성의 완벽한 조합
열가소성 복합소재는 뛰어난 소재 특성과 제조 효율성을 결합하는데, 이는 VICTREX AE™ 250에서 가장 잘 입증되며, 이는 eVTOL 산업이 비용과 양적 요구 사항의 균형을 맞추는 데 도움이 될 수 있습니다. VICTREX AE 250은 단방향 테이프(UDT)의 열가소성 복합소재입니다. 낮은 용융 온도로 인해 열가소성 복합소재 중에서 독특합니다. 용융점은 303°C인 반면 PEEK의 용융점은 343°C입니다. 그러나 유리 전이 온도는 143°C가 아닌 147°C이며 결정화도는 일반적으로 PEEK와 유사하게 25-30%입니다.

UD 테이프에 대한 잘 알려진 처리 방법은 자동화된 섬유 배치 공정으로, 자동화된 공정에서 UD 테이프 층을 곱하고 쌓아 복합 부품을 만드는 데 사용되며, 까다롭고 시간이 많이 걸리는 수동 작업을 피할 수 있습니다. 최근 Victrex는 Coriolis와의 공동 연구 결과를 발표했는데, 이 연구에서는 60m/min의 레이업 속도를 달성할 수 있는 방법을 보여주었습니다. 이는 기존 열가소성 기술보다 2~6배 빠르며 열경화성 속도에 접근하고 있습니다.