전 세계적으로 ~로 향하는 변화 전기 구동 항공기 현대 항공우주 설계의 핵심에 전기기계식 구동 기술을 자리매김했다. 한 항공기용 선형 액추에이터 전기 에너지를 정밀한 직선 운동으로 변환하여 표면을 제어하고, 착륙 장치를 전개하며, 환경 시스템을 관리합니다. 한편, 항공기용 전기 실린더 — 고출력 서보 제어 방식의 제품 — 이 1차 및 2차 비행 제어 장치에서 기존의 유압 실린더를 점차 대체하고 있습니다. 이러한 장치들은 상업용, 군용 및 우주 플랫폼 전반에 걸쳐 중량을 줄이고, 유압 배관을 없애며, 정비 편의성을 향상시킵니다.

1. 1차 및 2차 비행 제어면

현재 유인 및 무인 항공기 모두에서 전기기계식 액추에이터가 에일러론, 엘리베이터, 방향타 트림 탭, 스포일러를 구동하고 있습니다. 다음과 같은 기업들, 예를 들어 크루제 항공우주 그리고 ITT 항공우주 제어 시스템 기계 나사 구동 시스템과 수명이 긴 영구 자석 DC 모터를 탑재하여 트림 탭과 카울 플랩을 작동시키는 소형 선형 액추에이터를 공급합니다. 이 제품들은 항공기용 선형 액추에이터 이 제품들은 RTCA-DO-160 인증을 획득하여 극한의 온도, 충격 및 진동 조건에서도 정상적으로 작동합니다.

그림 1 — 비행 제어, 착륙 장치 및 보조 기능을 위해 상용 항공기 기체에 배치된 전기기계식 액추에이터.

더 큰 플랫폼에서는, 파커 하니핀 스포일러와 플랩의 전개 및 수납을 제어하는 전기기계식 비행 제어 액추에이터를 생산합니다. 에어버스 A380과 록히드 마틴 F-35에는 이 제품이 탑재되어 있습니다. 전기-정수압식 액추에이터(EHA) — 전기 모터가 실린더에 연결된 국소 유압 펌프를 구동하는 하이브리드 구조입니다. 이를 통해 수 마일에 달하는 유압 배관을 없앨 수 있으면서도, 항공기용 전기 실린더.

2. 랜딩 기어 전개 및 수납

랜딩 기어 구동은 다음 중 가장 까다로운 응용 분야 중 하나입니다. 항공기용 전기 실린더 얇은 날개 홈 안에 들어맞으면서 수천 뉴턴의 힘을 발생시켜야 하기 때문이다. 사프란 2022년에 완전 전기식 앞바퀴 랜딩기어 액추에이터를 공개했는데, 이 제품은 기존의 유압 잭을 브러시리스 DC 모터와 볼스크류 메커니즘으로 대체한 것이다. 이 시스템에는 자유낙하 비상 해제 기능과 통합 위치 피드백 기능이 포함되어 있다.

그림 2 — 시험 중인 사프란(Safran) 전기식 앞바퀴 랜딩 기어 액추에이터.

그림 3 — 모터, 기어 트레인 및 히터가 장착된 볼스크류식 랜딩 기어 액추에이터의 분해도.

CIRCOR Aerospace 또한 미국 공군이 요구하는 중복형 전기기계식 아키텍처를 적용해 상업용 항공기용 주 착륙장치 및 앞바퀴 착륙장치 도어 액추에이터를 개발하고 있습니다. 이 제품들은 항공기용 선형 액추에이터 이 시스템은 무거운 유압 라인을 28 VDC 또는 270 VDC 전원 공급 장치로 대체하여 전체 시스템 중량을 최대 20 %까지 줄여줍니다.

3. 추력 벡터 제어 및 우주 추진

우주 분야에서는, 울트라 모션 추력 벡터 제어(TVC)용 고성능 선형 액추에이터를 공급합니다. 두 개의 울트라 모션(Ultra Motion) 액추에이터가 오르벡스의 프라임 로켓, 콤팩트한 크기에도 불구하고 높은 출력을 제공합니다. 또한 이 회사는 마스텐 스페이스 화성 착륙 기술을 위한 시험 비행에서, 노즐을 신속하고 정밀하게 위치시키는 것이 매우 중요했습니다.

그림 4 — 브러시리스 모터, 유성 기어박스, 볼스크류 구동 장치가 보이는 전기기계식 액추에이터(EMA)의 단면도 — 이는 현대 항공기 전기 실린더의 핵심 구성 요소이다.

초음속 스타트업 헤르메우스 Ultra Motion A2 서보 실린더를 사용하며, 이는 일종의 항공기용 전기 실린더 — 실화 시험 중 노즐 플랩을 제어하기 위해. 통합형 BLDC 전자 장치와 Phase Index 절대 위치 센서는 100 °C를 초과하는 극심한 진동 및 열 부하 조건에서도 매우 안정적인 피드백을 제공합니다.

4. 무인항공기(UAV), 틸트로터 및 위성 배치

무인 플랫폼은 완전 전기 구동 방식의 초기 도입 사례입니다. 무그 모델 974 선형 서보 액추에이터는 극한의 환경 및 내구성 조건 하에서 작동하며, 비행 모드 전환 시 틸트로터 무인항공기(UAV)의 나셀을 정위치시킵니다. 궤도 비행체에서는 초소형 선형 액추에이터가 태양전지판, 안테나 붐, 계기 덮개를 전개하는데, 이는 1그램도 소홀히 할 수 없는 기능들입니다.

그림 6 — 이중 중복 채널을 갖춘 파커(Parker)의 전기기계식 비행 제어 액추에이터.

5. 환경 제어 및 유틸리티 시스템

비행에 필수적인 표면 외에도, 항공기용 선형 액추에이터 이 장치들은 기내 가압, 연료 밸브 및 공기 덕트 버터플라이 밸브를 제어합니다. 사이트크 에어로스페이스 맥슨(maxon) 브러시리스 모터로 구동되는 액추에이터는 물, 산소, 유압, 연료 및 공기 시스템에 널리 사용됩니다. ITT Aerospace Controls는 안전상 중복 구성이 필수적인 환경 제어 시스템(ECS)용 듀얼 모터 저프로파일 액추에이터를 제공합니다.

승객 편의 시스템에서 전기 액추에이터는 가습 밸브를 조절하고 히터 코어를 통과하는 냉각수 유량을 제어합니다. 이는 공압식 방식에 비해 소음이 없고 위생적이며 정밀하게 제어할 수 있습니다.

6. 항공기 전기 실린더 대 항공기 리니어 액추에이터

이 용어들은 때때로 같은 의미로 사용되기도 하지만, 항공기용 전기 실린더 일반적으로 1차 비행 하중(대개 5 kN 이상)을 견딜 수 있는 고출력 서보 모터 구동식 볼스크류 또는 롤러스크류 장치를 가리킨다. 한 항공기용 선형 액추에이터 일반적으로 트림, 유틸리티 및 보조 제어용으로 사용되는 저하중형 소형 장치를 지칭하는 데 쓰입니다. 두 장치 모두 브러시리스 DC 모터, 기어박스, 위치 센서, 구동 전자 장치 등 동일한 전기기계적 구성 요소를 공유하지만, 실린더형 장치에는 강성 하우징, 회전 방지 장치, 그리고 폐쇄 루프 힘 제어를 위한 일체형 로드셀이 추가되어 있습니다.

상용 제트기의 에일러론부터 궤도 로켓의 추력 벡터 노즐에 이르기까지, 항공기용 선형 액추에이터 그리고 항공기용 전기 실린더 이 기술들은 ‘더 전기화된 항공기(more-electric aircraft)’ 패러다임의 필수적인 원동력이 되었습니다. 사프란(Safran), 파커(Parker), 무그(Moog), 울트라 모션(Ultra Motion), ITT 등 주요 기업들의 검증된 적용 사례를 통해 입증된 바와 같이, 전기기계식 구동 기술은 차세대 항공우주 플랫폼이 요구하는 정밀성, 신뢰성 및 경량화를 실현합니다. 업계가 완전 전기식 아키텍처로 전환됨에 따라, 이러한 액추에이터의 역할은 더욱 확대되어 하늘을 더 깨끗하게 만들고, 우주선을 더 가볍게 하며, 유지보수를 더 간편하게 할 것입니다.