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✈ 비행과 공부/비행이론

Altitude engine과 non-altitude engine (super charger, turbo charger)

by 하고싶은게비행 2020. 4. 12.

안녕하세요. 

하고싶은게 비행인 사람입니다. 

오랜만에 올리는 비행에 대한 포스팅! 

 

비행기는 제가 생각하는 (사람이 아는 것 중에서) 가장 아름다운 것이며

비행기를 조종하는 것은 제 꿈이고

살면서 제가 바라는 것은

비행기를 조종하며 먹고 사는 것이지요. 

저와 비슷하신 분들이 정말 많을 것이라고 생각해요. 

그래서 오늘은 비행기에 대해서 조금 이야기 하고 싶어져서요. ㅎㅎ

사실 얼마전에 프롭엔진을 보고 시대가 언제적인데 하는 이야기를 

티비에서 봐서... ㅎㅎ

 

 

우리나라에서의 경우

비행기는 대부분 이렇게 생겼다고 생각합니다.

우리나라 항공사의 대부분이 Boeing, Airbus 사의 중대형기에 익숙해여 있습니다.

제주항공의 1세대 비행기가 Q400 이라는 쌍발기라는 것을 아는사람도 극히 드물죠. 

 

 

 

이런 프롭 달린 비행기로 비행하게 되면

안전하게 갈 수 있어? 이렇게 이야기 하는 사람도 더러 있습니다. 

 

오늘 이야기 하고 싶은 것은

제트에 대한 자세한 것들이 아니라

터보프롭 역시 좋은 비행기다 라는 것을 알려 드리고 싶어요. 

 

 


1. Non-altitude engine vs Altitude engine

 

먼저 엔진은 어떻게 작동하게 될까요?

엔진을 움직이는 원동력은 폭발하는 힘입니다. 

 

그럼 폭발은 어떻게 일어나게 될까요?

발화의 3요소가 있습니다.

온도, 연료, 산소

이렇게 세 가지 입니다. 

 

고도에 따라 이 세가지가 바뀌게 됩니다. 

그리고 그것을 위해 Altitude engine 이 있는 것입니다. 

생소한 단어이죠? 

 

먼저 Altitude engine 과 Non-altitude engine 에 대해서 이야기 해야할 것 같네요.

 

Pilot 이라면 Student pilot 부터 시작해야 하는데 

Student pilot 들에게 가장 익숙한

Cessna 172 model 로 설명하겠습니다.

 

 

이런 비행기 처음 보시는 분도 있으시고

몇 번 보신 분들도 있으실 겁니다. 

혹시나 스카이다이빙을 하시는 분들이 있으시다면

이 비행기를 보셨을 수도 있겠네요. 

 

Cessna 172의 엔진은

4기통 4행정 자연흡기 왕복동 엔진입니다.

(기름은 100LL 를 사용하고 있죠.)

 

이 비행기가 Take off 를 하였습니다. 그리고 계속해서 Climb 을 한다고 가정하죠.

고도가 올라갈 수록 어떻게 될까요?

 

고도가 올라갈 수록 공기밀도는 줄어들게 됩니다(비율은 동일)

공기 밀도는 줄어들게 되어 엔진의 performance는 줄어들게 됩니다. 

왜 그럴까요?

 

가장 좋은 Performance를 내기 위해서는 먼저 공연비(Fuel-air ratio)를

가장 적합하게 맞춰 줘야 합니다. 

100LL 를 사용할 경우 그것은 

기름 1: 산소15

가 됩니다. 

이 비율이 맞을 때 최적의 엔진 퍼포먼스가 나오는 것이죠.

 

고도가 올라가면서 공기밀도는 떨어지게 되어 있습니다. 

그렇게 되면 어떻게 될까요? 

최적의 효율을 내기 위해서 연료의 양을 줄여야 합니다. 

그렇게 되면 엔진 퍼포먼스도 떨어지게 되죠. 

 

떨어지는 퍼포먼스로 인해

상승률은 자꾸 떨어지게 됩니다. 그리고 결국 어느 고도를 유지하게 되어버리죠.

더이상 올라가지 못합니다. 

 

이런 엔진이 Non-altitude engine 입니다.

 

 

Altitude engine 은 무엇일까요?

An aircraft reciprocating engine equipped with a supercharger that allows it to maintain its rated sea-level horsepower to an established higher altitude.

출처 : FAA Aviation Maintenance Technician Powerplant Handbook (FAA-H-8083-32)

쉽게 풀어 말하면 고도가 올라가게 됨에 따라 공기밀도가 줄어도 같은 퍼포먼스를 유지하는 엔진 입니다.

 

이게 어떻게 가능할까요?

바로 

Super charger 와 Turbo charger 입니다. 

 

이 개념은 자동차를 타신 분들은 아마 쉽게 이해하고 있으실 것 같네요. 

 

 

 

 

 

PHAK 에 있는 그림입니다. 

 

고도가 올라갈 수록 공기의 밀도가 줄어든다고 이야기 했습니다. 

그리고 자연흡기하는 엔진의 비행기는 

고도증가에 따라 자연적으로 공기의 양도 줄어들게 되죠. 

 

만약 여기에 산소를 강제적으로 집어넣게되면 어떻게 될까요?

저고도에서 비행할 때와 같은 공기양을 만들어 줄 수 있습니다. 

그렇게 되니 같은 양의 기름이 들어가게 될 것이며

퍼포먼스는 같아 지겠죠.

 

 

*추가로 혹시나 공기밀도는 줄어들어도 기름은 많이 넣으면 되는거 아냐? 

라고 하시는 분을 위해 씁니다

자동차초반에 운전할 때 액셀을 꾹 밟으면 검은색 연기가 나오는 차가 있습니다.

'불완전연소' 입니다.

완전히 연소되지 않은 것입니다.

10의 기름이 들어갔을 때 5의 기름밖에 제대로 사용하지 못하고 

5는 뱉어 내 버리는거죠. 그런 것들이 찌꺼기가 되어 엔진에 무리를 줄 수 있습니다. 

 

 

 

강제로 산소를 집어넣어주는 방법에 대중적으로 사용되는 방법 두 가지가

Super charger 와 Turbo charger 입니다. 

이론은 같아요. 엔진이 돌 때 그 힘으로 산소를 더 넣어준다. 

그러나 원리가 조금 다릅니다. 

 

Super-charger의 경우 보통

engine의 shaft에 붙어 있습니다. 엔진이 도는만큼 supercharger가 돌게 됩니다. 

그리고 그 supercharger는 엔진 내에 산소를 더 넣어 주는 것이죠.

 

 

그럼 Turbo-charger는 어떨까요?

Turbo charger 는 배기가스를 이용하게 됩니다. 

배출된 가스가 turbo charger를 돌리게 되고

그 힘으로 산소를 엔진 안으로 넣어주는 것이지요. 

 

supercharger는 비교적 낮은 엔진 출력 범위에서 좋고

turbocharger는 비교적 높은 엔진 출력 범위에서 좋습니다.

 

 

정리해 보자면

Non-altitude engine 은 자연흡기로 고도의 증가에 따라 퍼포먼스가 줄어들며

Altitude engine 은 과급을 통하여 고도의 증가에도 퍼포먼스가 유지되게 됩니다.

그 방법은 super charger와 turbo charger 이지요. 

 

 

 

다음은

Jet engine 에 대해서 이야기 해 보려고 합니다

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