100LL·연료 오염·객실 난방과 전기계통 — 조종사 핸드북 7장 (6/8)

앞 편은 AVGAS 80·100·100LL 표기까지 다뤘습니다. 이번 편은 100LL과 100의 차이, 제트 연료 색 구분, 연료 오염·착빙, 급유 본딩, 객실 난방, 전기계통의 마스터 스위치와 퓨즈까지입니다.

100LL과 제트 연료 색 구분

AVGAS 100LL은 등급 100과 성능은 같습니다. “LL”은 저연(low lead)입니다. 터빈 엔진 항공기 연료는 JET A, JET A-1, JET B로 나눕니다. 제트 연료는 기본적으로 등유(kerosene)이고, 등유 특유의 냄새가 납니다. 맞는 연료를 넣는 일이 치명적이므로, 종류와 등급을 가리도록 염료를 넣습니다.

색 구분은 연료 자체만이 아닙니다. 데칼과 공항 급유 장비에도 이어집니다. 모든 AVGAS는 빨간 바탕에 흰 글자로 이름을 표시합니다. 터빈 연료는 반대로 검은 바탕에 흰 글자입니다.

특별감항정보회보(SAIB, Special Airworthiness Information Bulletin) NE-11-15는 등급 100VLL AVGAS를 항공기와 엔진에 써도 된다고 알립니다. (역주: 국내는 국토교통부 감항정보 체계가 다를 수 있으니 확인하세요) 100VLL은 80, 91, 100, 100LL의 성능 요구를 모두 충족하고, 이 등급으로 인증된 항공기·엔진의 승인 운용 한계에도 맞으며, 100LL과 거의 같습니다. 납 함량은 약 19% 줄었습니다. 100VLL도 100LL처럼 파랑이라 눈으로 거의 구별되지 않습니다.

연료 오염

연료 오염으로 동력장치가 멈춰 난 사고는 흔히 다음으로 추적됩니다.

• 조종사의 프리플라이트 점검 부족
• 작은 탱크·드럼에서 거르지 않은 연료로 급유
• 연료 탱크를 일부만 채운 채 주기
• 정비 부족

연료 스트레이너 퀵 드레인과 각 연료 탱크 섬프에서 투명 용기로 빼서, 흙과 물을 눈으로 확인합니다. 스트레이너만 빼고 있으면, 탱크로 가는 라인의 연료가 다 빠진 뒤에야 탱크 물이 나타날 수 있습니다. 그때는 탱크에 물이 남아 라인을 밀어내지 못하는 상태입니다. 그래서 탱크에서 연료가 나오고 있다는 확신이 들 때까지 스트레이너에서 충분히 뺍니다. 양은 탱크에서 드레인까지의 라인 길이에 따라 달라집니다. 첫 시료에 물이나 오염이 있으면, 흔적이 안 보일 때까지 더 뺍니다.

스트레이너에서 물이 안 나와도 탱크에 물이 남을 수 있습니다. 이 잔류수는 연료 탱크 섬프 드레인으로만 뺍니다.

물의 주된 연료 오염원입니다. 연료에 떠 있는 물방울은 연료가 흐릿해 보이거나, 가라앉은 뒤 색이 있는 연료와 물이 뚜렷이 갈라져 보입니다. 안전 조치로 매 비행 전 프리플라이트에서 연료 섬프를 드레인합니다.

수분 응결을 막으려면 매 비행 뒤, 또는 그날 마지막 비행 뒤에 탱크를 채웁니다. 오염을 막으려면 캔·드럼 급유는 피합니다.

오지이거나 비상에는 오염 방지 설비가 부족한 곳에서 넣을 수밖에 없을 수 있습니다. 샤무아(chamois)와 깔때기가 유일한 여과 수단일 수 있지만, 위험합니다. 샤무아를 썼다고 깨끗한 연료가 보장되지 않습니다. 낡은 샤무아는 물을 거르지 못하고, 새것이고 깨끗해도 이미 물에 젖어 있거나 축축하면 마찬가지입니다. 모조 샤무아 대부분은 물을 거르지 못합니다.

연료계통 착빙

항공기 연료계통의 얼음은 계통 안의 물 때문에 생깁니다. 이 물은 미용해이거나 용해되어 있습니다. 미용해 물의 한 형태가 혼입수(entrained water)입니다. 아주 작은 물 입자가 연료에 떠 있는 상태입니다. 자유수(free water)가 기계적으로 흔들려 생기거나, 온도가 내려가 용해수가 바뀌어 생깁니다. 가만히 두면 시간이 지나 가라앉고, 자유수로 바뀌는 속도에 따라 일상 급유 때 빠질 수도, 안 빠질 수도 있습니다. 현장에서는 혼입수를 연료에서 전부 분리하기는 어렵습니다. 가라앉는 속도는 온도, 정온(움직임이 없는 상태), 액적 크기에 따라 달라집니다.

액적 크기는 생기는 방식에 따라 다릅니다. 대개 맨눈에는 안 보이지만, 심하면 연료가 약간 흐려집니다. 녹아 있는 물은 탈수하거나, 온도를 낮춰 혼입수로, 다시 자유수로 바꿔야 뺄 수 있습니다.

미용해 물의 다른 형태가 자유수입니다. 급유로 들어오거나, 혼입수가 가라앉아 탱크 바닥에 모입니다. 자유수는 보통 탱크 바닥에 눈으로 보일 만큼 있고, 위쪽 연료와 연속된 경계면으로 갈라집니다. 탱크 섬프 드레인으로 뺍니다.

자유수가 탱크·연료 필터 같은 저장부 바닥에서 얼면 워터 드레인이 소용없어집니다. 나중에 녹아 계통으로 풀리면 엔진 이상이나 정지로 이어집니다. 이런 상태가 보이면 항공기를 따뜻한 격납고에 넣어 드레인이 다시 되게 하고, 비행 전에 모든 섬프와 드레인을 열고 확인합니다.

혼입수는 그 계통에 있을 수 있는 물 전체에서 비교적 적은 부분입니다. 녹아 있는 양은 연료 온도, 그때의 압력, 그 연료의 물 용해도에 따라 달라집니다. 혼입수는 연료 한가운데에서 얼고, 얼음의 비중이 AVGAS와 거의 같아 더 오래 떠 있습니다.

떠 있는 물이 얼면 결정이 커져 연료 스크린, 스트레이너, 필터를 막을 수 있습니다. 이 물 일부는 연료가 카뷰레터 공기 통로로 들어가며 더 식어, 다른 착빙 조건이 아니어도 카뷰레터 계량 부품 착빙을 일으킬 수 있습니다.

방지 절차

일부 항공기는 착빙방지 첨가제로 AVGAS의 물·얼음 문제를 막는 것이 승인되어 있습니다. 실험실·비행 시험에서는 헥실렌글리콜, 일부 메탄올 유도체, 에틸렌글리콜모노메틸에테르(EGME, ethylene glycol monomethyl ether)를 소량 넣으면 연료계통 착빙이 억제된다고 나왔습니다. 이 시험에서는 EGME를 부피 기준 최대 0.15%로 쓰면 대부분의 운용 조건에서 연료계통 착빙을 상당히 억제한 것으로 나왔습니다. 첨가제 농도는 임계입니다. 너무 적거나 너무 많아도 효과가 뚜렷이 떨어질 수 있습니다.

조종사는 착빙방지 첨가제가 카뷰레터 히트를 대신하지 않는다는 점을 알아야 합니다. 착빙이 되기 쉬운 대기 조건에서는 카뷰레터 히트에 관한 항공기 운용 지시를 항상 따릅니다.

급유 절차

정전기는 비행 중 공기가 항공기 표면을 스치며, 급유 중 연료가 호스와 노즐을 흐르며 생깁니다. 나일론, 데이크론(Dacron), 모직 옷은 특히 정전기를 모았다가 사람에서 깔때기나 노즐로 방전하기 쉽습니다. 정전기가 연료 증기에 불을 붙이지 않게, 탱크에서 연료 캡을 열기 전에 접지선을 항공기에 연결합니다.

항공기와 급유기는 정전기 전하가 다릅니다. 둘을 서로 본딩(bonding)하는 일이 핵심입니다. 본딩하면 전하 차이가 같아집니다. 급유 노즐은 급유를 시작하기 전에 항공기에 본딩하고, 급유가 끝날 때까지 본딩을 유지합니다. 연료 트럭을 쓰면 노즐이 항공기에 닿기 전에 트럭을 접지합니다.

드럼·캔에서 넣어야 하면 본딩과 접지 연결이 중요합니다. 드럼은 접지 기둥 근처에 두고, 연결 순서는 다음과 같습니다.

1. 드럼 → 접지
2. 접지 → 항공기
3. 연료 캡을 열기 전에 드럼 → 항공기, 또는 노즐 → 항공기

끊을 때는 반대 순서입니다.

연료가 샤무아를 지나면 정전기 전하와 불꽃 위험이 커집니다. 항공기는 접지하고, 노즐·샤무아 필터·깔때기는 항공기에 본딩합니다. 캔을 쓰면 접지 기둥이나 깔때기에 연결합니다. 플라스틱 통이나 그와 비슷한 부도체 용기는 이 작업에 쓰지 않습니다.

난방계통

항공기 난방은 기종에 따라 형식이 많습니다. 형식과 안전장치가 무엇이든 해당 항공기 운용자 매뉴얼을 보고 그 난방을 익힙니다. 수리·검사 기준이 각각 다르므로 그대로 따릅니다.

연료연소 히터

연료연소 히터(fuel fired heater)는 장착형 또는 이동형 소형 공간 난방기입니다. 연료는 탱크에서 배관으로 오거나, 항공기 연료계통에서 탭으로 가져옵니다. 팬이 연소실로 공기를 보내고, 점화플러그 또는 점화장치가 연료-공기 혼합에 불을 붙입니다. 내장 안전 스위치는 팬이 돌지 않으면 연료가 흐르지 못하게 합니다. 연소실 바깥에는 더 큰 지름의 두 번째 관이 연소관 바깥 면으로 공기를 보내고, 두 번째 팬이 데운 공기를 배관으로 항공기 안으로 보냅니다. 가솔린 히터 대부분은 시간당 5,000~50,000 영국열량단위(BTU, British Thermal Unit)를 냅니다.

연료연소 히터는 전기가 필요하고, 12V·24V 항공기 전기계통과 맞습니다. 정기 정비가 필요합니다. 연소관을 정기 검사하고, 점화기는 주기마다 바꿉니다. 가솔린 히터는 벤트가 필요하므로, 벤트가 실내로 새지 않게 봅니다. 연소 부산물에는 그을음, 이산화황, 이산화탄소, 일부 일산화탄소가 있습니다. 조정·급유·정비가 잘못된 연료 히터는 위험합니다.

배기 난방

배기 난방은 가장 단순한 형식이고, 대부분의 경항공기에 씁니다. 배기가스를 엔진과 동체에서 멀리 보내며 엔진 소음을 줄입니다. 같은 배기계통이 객실과 카뷰레터의 열원도 됩니다.

배기 난방이 불량이면 일산화탄소 중독, 엔진 성능 저하, 화재 가능성이 커집니다. 이 때문에 정비사는 배기 난방이 상하는 속도를 알고, 안팎을 빠짐없이 검사해 결함을 찾습니다.

연소 히터

연소 히터 또는 표면연소 히터(surface combustion heater)는 더 크고 비싼 항공기의 객실 난방에 자주 씁니다. 항공기 연료를 연소실 또는 관에서 태워 열을 만들고, 그 관 주위를 흐르는 공기가 데워져 객실로 덕트됩니다. 연소 히터는 스테인리스강 재킷을 씌운 기밀 버너실입니다. 항공기 연료계통의 연료가 점화·연소해 열을 냅니다. 환기 공기가 기밀 버너실 위로 강제 흘러 열을 받아 객실로 퍼집니다.

히터 제어 스위치를 켜면 기류, 점화, 연료가 히터로 공급됩니다. 스위치가 켜져 있는 동안 버너실 안 기류와 점화는 계속됩니다. 열이 필요하면 온도 조절을 올려 서모스탯을 작동시킵니다. 서모스탯은 환기 공기 온도를 감지해 연료 솔레노이드를 열고, 연료가 버너실로 분사됩니다. 연료는 실 안 공기와 섞여 점화플러그로 점화되고 열이 납니다.

부산물인 일산화탄소는 히터 배기관으로 항공기 밖으로 나갑니다. 버너실 바깥, 히터 재킷 안을 흐르는 공기가 열을 받아 덕트로 객실에 실어 나릅니다. 서모스탯이 설정 온도에 닿으면 연료 솔레노이드를 닫아 버너실 연료를 끊습니다. 환기 공기가 식어 서모스탯이 다시 솔레노이드를 열면 버너가 다시 켜집니다.

이 방식은 과열 스위치가 모든 연소 히터에 달려 있어 비교적 안전합니다. 과열 스위치는 히터 전기계통에 연결되어 고장 때 연료를 끊습니다. 히터 쪽 연료 솔레노이드가 열린 채로 있거나 제어 스위치가 고장 나더라도, 원격 연료 솔레노이드 및/또는 연료펌프는 기계식 과열 스위치가 끊어 계통으로 가는 연료를 모두 막습니다.

대부분의 단발에 쓰는 연료연소 객실 히터와 달리, 연소 히터에서 일산화탄소 중독이 날 가능성은 낮습니다. 연소관 안은 저압이고 배기를 통해 기류로 빠집니다. 연소실 바깥 환기 공기는 안보다 고압이고, 램 에어가 연소관 바깥 압력을 더 올립니다. 연소실에 누설이 생겨도 바깥의 고압 공기가 실 안으로 들어가 배기로 나갑니다.

블리드 에어 난방

블리드 에어 난방은 터빈 엔진 항공기에 씁니다. 매우 뜨거운 압축기 블리드 에어를 챔버로 보내, 외기 또는 재순환 공기와 섞어 쓸 수 있는 온도까지 식힙니다. 그 혼합 공기를 객실로 덕트합니다. 안전장치로는 과도한 열이 객실로 못 들어가게 하는 온도 센서, 시동 때와 최대 출력이 필요할 때 압축기 블리드가 빠지지 않게 하는 체크 밸브, 엔진이 멈추면 블리드 계통을 끊는 엔진 센서가 있습니다.

전기계통

대부분 항공기는 14V 또는 28V 직류(DC) 전기계통입니다. 기본 구성은 다음과 같습니다.

• 얼터네이터/제너레이터
• 배터리
• 마스터/배터리 스위치
• 얼터네이터/제너레이터 스위치
• 버스바, 퓨즈, 회로차단기
• 전압조정기
• 전류계/부하계
• 관련 전선

엔진 구동 얼터네이터 또는 제너레이터가 전기계통에 전류를 공급합니다. 배터리도 충분한 충전을 유지합니다. 배터리에 저장된 전기는 시동 전원이자, 얼터네이터나 제너레이터가 고장 났을 때의 제한된 전원입니다.

대부분 DC 제너레이터는 엔진 rpm이 낮을 때 전기계통 전체를 돌릴 전류를 내지 못합니다. 저 rpm 운용에서는 전기를 배터리에서 끌어 써야 하고, 배터리는 금방 바닥날 수 있습니다.

얼터네이터는 제너레이터보다 유리한 점이 있습니다. 교류(AC)를 만들어 직류로 바꾸므로, 엔진이 느려도 전기계통 전체를 돌릴 전류를 냅니다. 넓은 엔진 속도 범위에서 출력이 더 일정합니다.

어떤 항공기에는 외부 지상전원장치(GPU, ground power unit)를 꽂는 리셉터클이 있어 시동 전기를 받을 수 있습니다. 한랭기 시동에 특히 유용합니다. GPU 시동은 제작사 권고를 따릅니다.

전기계통은 마스터 스위치로 켜고 끕니다. 마스터 스위치를 ON에 두면 점화계통을 제외한 모든 전기 장비 회로에 전기가 갑니다. 전기계통을 전원으로 흔히 쓰는 장비는 다음과 같습니다.

• 위치등
• 충돌방지등
• 착륙등
• 유도등
• 객실 실내등
• 계기등
• 무전기
• 선회지시기
• 연료량 게이지
• 전기 연료펌프
• 실속 경고 계통
• 피토열
• 시동 모터

많은 항공기에는 마스터 스위치와 비슷하게 항공기 전기를 제어하는 배터리 스위치가 있습니다. 여기에 얼터네이터 스위치가 있어, 얼터네이터 고장 때 전기계통에서 얼터네이터를 뺄 수 있습니다.

스위치의 얼터네이터 쪽을 OFF에 두면 전기 부하 전부가 배터리에 걸립니다. 필수가 아닌 전기 장비는 모두 꺼 배터리 전력을 아낍니다.

버스바(bus bar)는 항공기 전기계통의 터미널로, 주 전기계통과 전기를 쓰는 장비를 연결합니다. 배선이 단순해지고, 전압을 계통 전체로 나눌 공통점이 됩니다.

퓨즈 또는 회로차단기는 회로와 장비를 전기 과부하에서 지킵니다. 끊어진 퓨즈를 바꿀 수 있게, 해당 전류 한도의 예비 퓨즈를 항공기에 싣습니다. 회로차단기는 퓨즈와 역할은 같고, 과부하가 나면 교체 대신 손으로 리셋할 수 있습니다. 퓨즈 또는 회로차단기 패널의 플래카드는 회로 이름과 전류 한도를 보여 줍니다.

다음 편은 전류계·부하계, 전압조정기, 유압계통입니다.

이 글은 미국 연방항공청(FAA)의 Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge(FAA-H-8083-25B)(퍼블릭 도메인)를 번역·재구성한 시리즈입니다.