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Nov 27. 2023
항공기 연료와 날개 이야기
(알고타자 항공상식)
1. 연료 이야기
항공유는 항공기의 엔진에서 연소되어 항공기를 비행 작동시키는 연료이다. 항공연료는 항공기 운항 안전성이 최우선시 된다. 현대 민간 항공기의 탑승 승객이 약 300-400 명 정도를 고려한다면 승객 안전의 제반 요인이 철저하게 검증되어야 한다. 현대 민간 항공기에서 사용되는 연료는 정유 된 유종 중 하나이다. 항공유는 일종의 등유 종류에 포함된다. 단, 항공용 연료로서 적합한 여러가지 첨가물이 혼합된 연료이다. 첨가물은 여러가지 기능을 포함하는 물성이 들어있다. 한가지 예로 높은 고도를 항행해서 만나는 온도 조건에 적합해야 한다.
통상적으로 대기권에서는 100 미터 상승시 기온이 0.5도씩 하강한다. 통상 순항고도가 1만 미터라 할 때 대략 영하 50도가 된다는 것이다. 지상에서 사용하는 보통 연료라면 그 온도에서 얼어붙어 연료로서 사용이 불가하다. 항공유는 그런 특별조건에서 사용이 되는 것이다. 그 외에도 고온, 고압, 그리고 극한환경에서 안정적으로 연소가 가능해야 한다. 또한 많은 기술적 요구사항이 존재한다. 이 모든 조건을 구비한 것이 바로 현재 사용되는 첨가물이 다량 함유된 항공 연료이다. 대표적인 첨가제 기능을 열거해 보면 산화방지제, 정전기 방지제, 결빙 방지제, 윤활성을 높이는 첨가제 등이다.
이와는 달리 소형 항공기와 군용 항공기에서는 민간 여객기와 다른 종류의 연료가 쓰이고 있다. Cessna 등의 소형 항공기에는 AV gas 연료를 쓰고 있다. 최근에는 항공용 바이오 연료도 사용되고 전기모터로 작동되는 소형 항공기도 개발되고 있다. 국제선을 운항하는 항공기에서 사용하는 연료는 국내 세금도 내지 않고 부가세도 하나도 붙지 않는다. 자동차 연료에 비해 저렴한 가격의 연료 가격이 형성되어 있다. 참고로 가장 큰 여객기인 Airbus A380의 연료 탱크는 약 320,000 리터이다.
항공기 연료탑재는 기준이 있다. 목적지까지 기본 연료와 예비연료 그리고 공항 체공연료와 기상 악화시 대체공항까지 갈수 있는 연료 등을 예상하여 탑재한다
항공기는 특별한 상황이 발생하여 긴급하게 지상 불시 착륙을 시도할 때가 있다. 이런 비상시에는 항공기 연료를 외부로 배출해야 한다. "연료 덤프" 또는 "연료 방출"이라고 불리며, 이는 비상 상황에서 항공기의 무게를 줄이기 위한 조치로서 사용될 수 있다. 아주 쉽게 예를 들어 설명하겠다. 인천에서 뉴욕을 가는 대형 항공기의 이륙 총중량이 380 톤이라 할 때 이중에 약 130 톤이 연료 무게가 될 수 있다. 즉 항공기는 이 정도의 연료를 소모한 후에 가벼워진 상태가 되어야 착륙이 가능하다. 그러나 도중 특별한 상황이 도래 될 수도 있다.
가령 긴급한 환자발생, 기체의 비정상 상태가 된다면 계속 비행을 할 수가 없다. 긴급하게 가까운 공항에 비상 착륙을 해야 한다. 이때 미사용한 연료 무게로 착륙이 불가하다. 무게를 줄이는 유일한 방법은 미사용 연료를 외부로 방출하는 방법이다. 그래야 착륙이 된다. 연료 방출은 상당한 시간이 소요된다. 어떤 때는 30분 혹은 한시간 정도 덤핑(dumping)시간이 걸린다. 이러한 연료 덤핑 행위는 규정이 있으며, 주택가와 같은 인구 밀집 지역에 연료를 떨어뜨리는 것은 특히 제한되어 있다. 고도도 6,000 ft 이상을 유지하고 주로 바닷가 등을 계속 선회하며 연료 방출을 한다.
연료를 급유하는 데 대륙에 따라 상이한 계량형 단위가 사용되고 있다. 연료를 탑재할 때 미국을 제외한 지역에서는 Kg 단위를 쓰고 미국은 파운드 단위를 쓴다. 그런데 상호 혼란(1Lb=0.45kg)으로 인해 탑재량이 잘못된 사례가 있었다. 다음의 예이다.
1983년 에어캐나다 B767 항공기가 몬트리얼을 떠나 에드먼튼으로 순항중 이었다. 그런데 갑자기 계기가 연료부족을 경고하였다. 연료탑재 단위 착오로 인한 혼동사례였다. 놀란 기장은 가장 가까운 대체 공항을 찾다가 인근에 있는 공군기지를 발견하고 그곳으로 기수를 바꾸었다. 문제는 잠시후에 연료부족으로 엔진이 정지되고 항공기의 모든 전원이 off 된 것이다. 다행히 기장은 연료가 부족한 항공기를 그라이딩(활공) 방식으로 전환하여 가까스로 인근 공군기지에 어프로치 할 수 있었다.
현대 항공기에는 이 같은 비상에 대비하여 장착된 램에어터빈(RAT)이라는 장치가 있다. 이 장치는 평상시에는 잠복되어 있으나 비상에 사용하는 일종의 풍차와 같은 역할이다. 공기저항으로 브레이드를 돌려 최소한의 전기를 발전시키고 항공기 비행면과 계기작동 같은 필수 전력에 충당하는 것이다. 항공기 착륙장치가 전력부족으로 펼쳐지지 않은 체 활주로에 비상착륙 했지만 다행히 큰 사고는 면하게 되었다. 단위착오로 인한 준사고지만 천우신조였다.
영국해군 함재기 Fairey Gannet ECM6, 2중 Z형 굴절 날개로는 유일한 항공기, 항모에 탑재시 공간 최소화