Genie Eir (항공공학, 항공이야기)



응력외피구조 2가지
: 모노코크(Monocoque) 세미모노코크(Semi-monocoque) 구조


응력외피구조(Stressed Skin Structure)는 트러스 구조와 같은 “골격”이 없기 때문에  외피(Skin)도 기체에 가해지는 일부 하중을 받는 구조로,

크게 모노코크/세미모노코크 구조로 나눌 수 있습니다.



모노코크(Monocoque) 구조




먼저 모노코크(Monocoque) 는 “하나”를 뜻하는 “Mono”와 “껍질”을 뜻하는 “Coque”의 합성어로 간단히 말하면 하나의 껍질로 일체화된 구조 정도로 볼 수 있겠습니다.


일상에서 예를 들면 플라스틱 물병 같은 경우, 별도의 뼈대 없이 플라스틱 외피로만 구성되어 있는 것을 알 수 있습니다.


구성

: 벌크헤드(Bulkhead), 정형재(Former), 외피(Skin)


장점

트러스 구조와 달리 내부에 별도의 골격이 없으므로, 내부 공간 확보에 유리하다. 

따라서 유선형의 동체 구조를 가지는 데에도 유리하다.


단점

대부분의 하중을 외피가 담당하기 때문에 작은 손상이 전체에 큰 영향을 미칠 수도 있다.

하중을 많이 부담하다 보니, 외피(Skin)를 두껍게 제작할 수 밖에 없고 이는 무게와 강도의 문제와 직결되며 무게 대비 강도가 낮을 수 밖에 없다.




무게 대비 강도를 크게 하기 위해 외피를 얇게 할 경우,

압축 하중에 의한 좌굴 현상을 감당하기 어렵기 때문에 항공기 동체 구조로 모노코크 방식은 적합하지 않으미사일 구조로는 적합합니다.



세미 모노코크(Semi-Monocoque) 구조




구성 

: 벌크헤드(Bulkhead), 정형재(Former), 외피(Skin), 세로대(longeron), 세로지(stringer), 골격(frame), 날개 스파(spar)


장점

트러스 구조와 달리 내부에 별도의 골격이 없으므로, 내부 공간 확보에 유리하다. 따라서 유선형의 동체 구조를 가지는 데에도 유리하다.

외피와 뼈대가 같이 하중을 담당하는 구조로, 충분한 강도의 경량화된 동체를 만들 수 있다.


단점

여러 부재가 하중을 분산 부담해야 하는 상대적으로 복잡한 구조로, 많은 비용과 기술력을 필요로 한다.




각 부재의 위치


수직 방향 부재 : 벌크헤드 / 정형재 / 프레임

세로 방향 부재 : 세로대 / 세로지

*세로 방향 : 동체의 길이 방향



각 부재의 역할

Semi-monocoque 동체 구조



1) 벌크헤드(Bulkhead) / 정형재(Former)

동체를 구성하는 링 형태의 파트로, 집중 하중을 외피(Skin)로

골고루 분산시켜 위험 요소를 방지한다. 이는 동체가 비틀림에 의한 변형을 방지해 준다.


2) 프레임

수직 방향의 힘을 견디는 프레임은 축 하중과 휨 하중을 담당한다. 수직 방향의 프레임에는 세로 방향으로 스트링거가 결합되는 경우가 많다.


3) 세로대(Longeron)

세로 방향의 주부재로 굽힘하중을 주로 담당하며, 세로지(Stringer)보다 훨씬 크고 무겁다.

스트링거, 프레임과 함께 기본적인 동체의 골격을 형성한다. 


4) 세로지(Stringer)

세로대 보다 훨씬 작고 많은 수를 장착하는 파트이며 외피의 좌굴(buckling)을 방지하는 역할을 한다.


5) 외피(Skin)

외피는 압축/인장 응력에도 관여하지만, 주로 전단응력(Shear Stress)을 받는다.




세미 모노코크 구조는 모노코크 구조와 달리, 프레임 & 세로대 & 스트링거 여러 부재로 외피를 지지하는 보강재를 사용하여 외피에서 부담하는 하중을 경감시켜주는 구조를 가지고 있습니다.


Semi-monocoque 동체 구조



따라서 외피의 두께를 얇게 할 수 있으며, 세로방향(동체 길이 방향)으로 좌굴 현상을

방지할 수 있습니다. 이러한 이유로 무게 대비 높은 강도를 낼 수 있기 때문에 

대부분의 항공기는 세미 모노코크 구조를 가지고 있습니다.



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