스파 (spar)
쉽게 풀면
스파는 날개 안쪽을 관통하는 굵은 뼈대로, 날개가 받는 양력의 대부분을 감당하는 핵심 구조 부재입니다. 날개를 사람 팔에 비유하면 팔뼈에 해당하는 부분으로, 날개 뿌리에서 날개끝까지 이어져 있으며 비행 중 위로 휘려는 굽힘 하중을 주로 견딥니다. 대형 날개에는 보통 전방 스파와 후방 스파 등 여러 개의 스파가 함께 사용되어 하중을 나누어 부담합니다.
왜 중요한가
스파는 날개 굽힘 하중의 주된 경로이므로, 날개 구조 최적화와 복합재료 적용 연구에서는 스파의 위치와 단면 형상이 중량 절감의 가장 큰 변수로 다루어집니다. 실무에서는 스파 균열이 감항성에 직결되는 결함이어서, 피로균열 검사 주기가 스파를 기준으로 설정되는 경우가 많습니다. 다중 스파 구조는 하나의 부재가 손상되어도 나머지 스파가 하중을 나눠 받는 손상허용 설계 개념과 맞물려, 대형 여객기 날개에서 안전성 확보의 기본 전략으로 채택됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
날개 안의 두 뼈대 사이 공간을 연료가 새지 않도록 밀폐해서, 그 공간 자체를 연료 탱크로 사용하는 구조를 만들었다는 설계 방식입니다.
스파가 날개 구조에서 주된 하중 지지 부재로 기능함을 보여주는 서술이다.
조금 더 깊게 보면
스파는 굽힘을 지지하지만 비틀림은 외피와 스파가 함께 이루는 폐단면 상자에 의해 지지되므로, 스파만으로 날개 강성을 설명하면 플러터 해석에 필요한 비틀림 강성을 놓치게 됩니다. 또한 스파의 위치는 구조뿐 아니라 연료 탱크 공간, 착륙장치 장착, 고양력장치 배치와 얽혀 있어 순수 구조 관점만으로 최적 위치를 정할 수 없습니다. 스파와 외피, 리브가 함께 이루는 폐단면은 비틀림 강성을 담당하는데, 스파만 두껍게 하는 것으로는 이 비틀림 강성을 충분히 확보할 수 없어 외피 두께와 스파 간격을 함께 설계해야 합니다. 스파 캡의 단면적은 뿌리에서 끝단으로 갈수록 굽힘모멘트 감소에 맞춰 점차 줄어드는 테이퍼 설계가 일반적으로 적용됩니다.
주의할 점
스파는 날개의 가장 중요한 구조 부재이지만, 리브와 스트링거가 함께 작동해야 날개 표면의 좌굴을 막고 공기역학적 형상을 유지할 수 있으므로 스파 하나만으로 날개 전체의 안전을 논할 수는 없습니다.