전류계·유압·착륙장치·여압 — 조종사 핸드북 7장 (7/8)

앞 편은 마스터 스위치·버스바·퓨즈까지 다뤘습니다. 이번 편은 전류계와 부하계, 전압조정기, 유압, 착륙장치, 여압과 감압입니다.

전류계와 부하계

전류계(ammeter)는 항공기 전기계통이 제대로 도는지 봅니다. 얼터네이터/제너레이터가 전기를 충분히 만드는지, 배터리가 충전되는지도 보여 줍니다.

전류계 눈금은 가운데가 0이고, 양쪽에 마이너스와 플러스가 있습니다. 바늘이 플러스면 배터리 충전율입니다. 마이너스는 배터리에서 빼는 전류가 넣는 전류보다 많다는 뜻입니다. 마이너스로 풀 스케일이면 얼터네이터/제너레이터 고장입니다. 플러스로 풀 스케일이면 조정기 고장입니다. 어느 쪽이든 AFM/POH에서 조치를 봅니다. (역주: 국내는 해당 항공기 비행교범·POH를 확인하세요)

전류계가 없는 항공기도 있습니다. 경고등이 켜지면 계통이 방전 중이고, 제너레이터/얼터네이터 고장입니다. 조치는 AFM/POH를 봅니다.

다른 감시 지시계가 부하계(loadmeter)입니다. 눈금은 0에서 시작하고, 얼터네이터/제너레이터에 걸린 부하를 보여 줍니다. 부하계는 전기 보기와 배터리가 발전 용량에 거는 부하의 총 비율입니다. 전기 장비를 모두 끄면, 배터리가 요구하는 충전 전류만 남습니다.

전압조정기

전압조정기(voltage regulator)는 제너레이터 또는 얼터네이터 출력을 안정시켜 배터리 충전율을 제어합니다. 제너레이터/얼터네이터 전압은 배터리 전압보다 높아야 합니다. 예를 들어 12V 배터리는 약 14V 제너레이터/얼터네이터 계통이 먹입니다. 이 전압 차이가 배터리를 충전 상태로 유지합니다.

유압계통

항공기에서 유압을 쓰는 곳은 기종 복잡도에 따라 다릅니다. 소형기는 휠 브레이크, 접이식 착륙장치, 일부 정속 프로펠러에 자주 씁니다. 대형기는 비행조종면, 날개 플랩, 스포일러 등에도 씁니다.

기본 유압계통은 저장조(reservoir), 펌프(수동·전기·엔진구동), 유체를 깨끗이 하는 필터, 흐름 방향을 제어하는 선택 밸브(selector valve), 과압을 빼는 릴리프 밸브(relief valve), 작동기(actuator)로 이루어집니다.

유압 유체는 계통을 지나 작동기 또는 서보(servo)로 갑니다. 서보는 안에 피스톤이 있는 실린더로, 유체 힘을 일로 바꿔 항공기 계통이나 비행조종을 움직입니다. 서보는 계통 필요에 따라 단동(single-acting) 또는 복동(double-acting)입니다. 유체는 서보 형식에 따라 한쪽 또는 양쪽에 걸립니다. 단동 서보는 한 방향으로만 힘을 냅니다.

선택 밸브가 유체 방향을 바꿉니다. 착륙장치를 내리고 접을 때처럼 유체가 두 방향으로 일해야 할 때 필요합니다. 릴리프 밸브는 유체 압력이 과할 때 계통의 출구가 됩니다. 각 계통은 기종마다 다른 부품을 넣습니다.

소형기에 가장 널리 쓰는 유압 유체는 광유 계열입니다. 등유와 비슷한 석유 제품으로, 윤활이 좋고 거품·부식을 막는 첨가제가 있습니다. 화학적으로 안정하고, 온도에 따른 점도 변화가 아주 작으며, 식별용 염료가 들어 있습니다. 유압 유체 종류가 여러 가지이므로, 제작사가 지정한 종류로만 보급합니다. AFM/POH 또는 정비 매뉴얼을 봅니다.

착륙장치

착륙장치는 지상에서 항공기를 받치는 주된 지지입니다. 가장 흔한 형식은 바퀴이고, 수상 운용에는 플로트, 눈 위 착륙에는 스키를 달 수 있습니다.

소형기 착륙장치는 바퀴 세 개입니다. 주륜 두 개(동체 양옆)와, 앞 또는 뒤에 세 번째 바퀴입니다. 뒤에 단 바퀴를 쓰는 착륙장치를 컨벤셔널 착륙장치(conventional landing gear)라고 합니다. 컨벤셔널 착륙장치 항공기는 흔히 미륜기(tailwheel airplane)라고 부릅니다. 세 번째 바퀴가 기수에 있으면 전륜(nosewheel)이고, 이 설계를 삼륜(tricycle gear)이라고 합니다. 조향되는 전륜 또는 미륜이 있으면 지상 운용 내내 항공기를 조종할 수 있습니다.

삼륜 착륙장치

삼륜 착륙장치의 이점은 세 가지입니다.

1. 고속 착륙에서 브레이크를 더 세게 밟아도 기수가 숙지 않습니다.
2. 이륙·착륙·택시 때 조종사의 전방 시야가 더 좋습니다.
3. 주륜보다 무게중심(CG)이 앞에 있어 지상 방향 안정이 커지고, 그라운드 루프(ground looping, 옆미끄러짐)를 막는 경향이 있습니다. 앞쪽 CG는 항공기를 직진하게 해 그라운드 루프를 줄입니다.

전륜은 조향식 또는 캐스터링(castering)입니다. 조향식 전륜은 케이블 또는 로드로 러더에 연결되고, 캐스터링 전륜은 자유롭게 돕니다. 둘 다 러더 페달로 조향합니다. 캐스터링 전륜 항공기는 러더 페달과 독립 브레이크를 같이 써야 할 수 있습니다.

미륜 착륙장치

미륜 착륙장치 항공기는 주륜 두 개가 CG보다 앞 기체에 붙어 구조 무게 대부분을 받칩니다. 동체 맨 뒤의 미륜이 세 번째 지지점입니다. 이 배치는 더 큰 프로펠러의 지상 여유를 주고, 비포장 활주로 운용에 더 맞습니다.

CG가 주 착륙장치 뒤에 있어, 지상에서 방향 조종은 더 어렵습니다. 이것이 미륜 착륙장치의 주된 단점입니다. 예를 들어 저속으로 구르며 항공기가 옆을 보게 두면, 러더가 모자랄 수 있고 CG가 주륜보다 앞으로 나가려 해 그라운드 루프가 날 수 있습니다.

미륜이 지면에 있거나 가까울 때 전방 시야가 줄어드는 것이 두 번째 단점입니다. 이 단점들 때문에 미륜기 운용에는 별도 훈련이 필요합니다.

고정식과 접이식 착륙장치

착륙장치는 고정식 또는 접이식으로도 나눕니다. 고정식은 항상 나와 있고, 단순하고 정비가 적다는 이점이 있습니다. 접이식은 순항 중 착륙장치를 구조 안에 넣어 항공기 형상을 매끈하게 합니다.

브레이크

항공기 브레이크는 주륜에 있고, 손 조종 또는 발 페달(토 또는 힐)로 겁니다. 발 페달은 좌우가 독립이라 차동 제동(differential braking)이 됩니다. 지상 운용에서 차동 제동은 전륜/미륜 조향을 보완할 수 있습니다.

여압 항공기

항공기가 높은 고도를 나는 이유는 둘입니다. 첫째, 같은 속도라도 높은 고도에서 연료를 덜 씁니다. 높은 고도에서 항공기가 더 효율적이기 때문입니다. 둘째, 폭풍 위 비교적 잔잔한 공기를 타면 악기상과 난류를 피할 수 있습니다. 현대 항공기 다수는 그 환경을 쓰도록 높은 고도에서 운용하게 설계됩니다. 더 높은 고도를 나려면 항공기를 여압하거나, 탑승자마다 적절한 보조 산소를 줘야 합니다. 이런 항공기를 나는 조종사는 기본 작동 원리를 알아야 합니다.

전형적인 여압계통에서 객실, 조종실, 수하물실은 바깥 대기압보다 높은 압력을 담을 수 있는 밀봉 단위로 묶입니다. 터빈 엔진 항공기는 엔진 압축기 단의 블리드 에어로 객실을 여압합니다. 구형 터빈기는 슈퍼차저로 밀봉 동체에 공기를 넣을 수 있습니다. 피스톤 항공기는 각 엔진 터보차저에서 나온 공기를 음속 벤투리(sonic venturi, 유량 제한기)를 통해 쓸 수 있습니다. 동체에서 나가는 공기는 유출 밸브(outflow valve)로 뺍니다. 유출 밸브가 나가는 공기를 조절해, 여압 구역으로 들어오는 공기는 일정하게 유지됩니다.

객실 여압계통은 항공기의 최대 설계 순항고도에서 객실 압력고도를 대략 8,000피트 근처로 유지하는 것이 전형입니다. 승객과 승무원에게 불편하거나 상해를 줄 수 있는 객실 고도의 급변을 막습니다. 또한 여압계통은 객실 안팎 공기 교환을 꽤 빠르게 합니다. 냄새를 없애고 오래된 공기를 빼기 위해서입니다.

여압은 탑승자를 저산소증(hypoxia)에서 지키기 위해 필요합니다. 여압 객실에서는 특히 객실 고도를 8,000피트 이하로 유지하면 산소 장비가 필요 없고, 긴 시간 편안하고 안전하게 나를 수 있습니다. 이런 항공기의 운항승무원은 객실 압력의 우발 상실 위험을 알고, 그때마다 비상 대처를 준비해야 합니다.

그림 7-41. 표준대기 압력표. (출처: FAA)

28,000피트에서 표준대기압은 4.8 psi입니다. 여기에 객실 차압 6.1 psi(psid)를 더하면 총 공기압 10.9 psi가 됩니다. 표준대기압이 10.9 psi인 고도는 8,000피트입니다.

여압·공조 작동을 이해하는 데 쓰는 용어는 다음과 같습니다.

• 항공기 고도(aircraft altitude) — 항공기가 나는 실제 해발 높이
• 주위 온도(ambient temperature) — 항공기 바로 주위 온도
• 주위 압력(ambient pressure) — 항공기 바로 주위 압력
• 객실 고도(cabin altitude) — 해발 상당 고도로 나타낸 객실 압력
• 차압(differential pressure) — 벽 한쪽과 다른 쪽에 작용하는 압력 차이. 항공기 공조·여압에서는 객실 압력과 대기압의 차이입니다.

객실 압력 제어계통은 객실 압력 조절, 압력 릴리프, 진공 릴리프, 등압(isobaric) 및 차압 범위에서 원하는 객실 고도를 고르는 수단을 제공합니다. 객실 압력 덤프도 압력 제어계통의 기능입니다. 객실 압력 조정기, 유출 밸브, 안전 밸브가 이 일을 합니다.

객실 압력 조정기는 등압 범위에서 고른 값으로 객실 압력을 제어하고, 차압 범위에서는 미리 정한 차압으로 객실 압력을 제한합니다. 객실 안팎 압력 차이가 동체 구조가 설계된 최고 차압과 같아지는 고도에 이르면, 항공기 고도를 더 올려도 객실 고도가 같이 올라갑니다. 차압 제어는 동체가 설계된 최대 차압을 넘지 않게 합니다. 이 차압은 객실의 구조 강도와, 창문·문처럼 파열할 수 있는 면적과 객실 크기의 관계로 정해지는 경우가 많습니다.

객실 공기압 안전 밸브는 압력 릴리프, 진공 릴리프, 덤프 밸브를 겸합니다. 압력 릴리프 밸브는 객실 압력이 주위 압력 위 정해진 차압을 넘지 못하게 합니다. 진공 릴리프는 주위 압력이 객실 압력보다 클 때 바깥 공기를 객실로 넣어, 주위 압력이 객실 압력을 넘지 못하게 합니다. 조종석 제어 스위치가 덤프 밸브를 작동시킵니다. 이 스위치를 ram에 두면 솔레노이드 밸브가 열려, 밸브가 객실 공기를 대기로 버립니다.

여압 정도와 항공기 운용 고도는 몇 가지 임계 설계 인자에 제한됩니다. 첫째로, 동체는 특정 최대 객실 차압을 견디도록 설계됩니다.

여압 제어기와 함께 쓰는 계기가 여러 개입니다. 객실 차압계는 안팎 압력 차이를 가리킵니다. 객실이 허용 최대 차압을 넘지 않게 이 계기를 감시합니다. 객실 고도계는 계통 성능을 점검하는 용도로도 있습니다. 둘을 하나로 합친 경우도 있습니다. 세 번째 계기는 객실 상승/강하율을 가리킵니다.

감압

감압(decompression)은 항공기의 여압계통이 설계 차압을 유지하지 못하는 상태입니다. 여압계통 고장이나 항공기 구조 손상이 원인일 수 있습니다.

생리적으로 감압은 다음 두 범주입니다.

• 폭발성 감압(explosive decompression) — 폐가 감압하는 것보다 객실 압력 변화가 빨라, 폐 손상이 날 수 있습니다. 마스크 같은 제한 없이 폐에서 공기가 나가는 데 보통 0.2초가 걸립니다. 권위 대부분은 0.5초 미만의 감압을 폭발성이고 잠재적으로 위험하다고 봅니다.
• 급속 감압(rapid decompression) — 폐가 객실보다 빨리 감압하는 객실 압력 변화입니다.

폭발성 감압 때는 소음이 있을 수 있고, 잠깐 멍할 수 있습니다. 객실 공기는 안개, 먼지, 날아다니는 파편으로 찹니다. 안개는 온도가 급히 떨어지고 상대습도가 바뀌어 생깁니다. 귀는 보통 저절로 통합니다. 폐에서 공기가 빠져 입과 코로 공기가 쏟아지고, 일부는 이를 느낍니다.

급속 감압은 유효의식시간(period of useful consciousness)을 줄입니다. 폐의 산소가 빨리 나가 몸에 걸리는 압력이 줄고, 혈액의 산소 분압이 떨어져 조종사의 유효 수행 시간이 평소의 1/3에서 1/4로 줄기 때문입니다. 그래서 아주 높은 고도(35,000피트 이상)에서는 산소 마스크를 써야 합니다. 디맨드 또는 압력 디맨드 산소계통이 있으면, 높은 고도에서 승무원은 산소 조정기를 100퍼센트 산소로 두는 것이 권고됩니다.

감압의 주된 위험은 저산소증입니다. 의식을 잃지 않으려면 산소 장비를 빠르고 바르게 써야 합니다. 높은 고도 감압에서 조종사·승무원·승객이 맞닥뜨리는 다른 잠재 위험은 유리기체 감압병(evolved gas decompression sickness)입니다. 몸에 걸리는 압력이 충분히 떨어지면 질소가 용액에서 나와 몸 안에 거품을 만들고, 일부 조직에 나쁜 영향을 줄 수 있습니다.

구조 손상으로 난 감압은 조종사·승무원·승객에게 다른 위험도 줍니다. 개구부 근처에 있으면 항공기 밖으로 던져지거나 빨려 나갈 수 있습니다. 개구부 근처에 있는 사람은 항공기가 여압되어 있고 앉아 있는 동안 항상 안전 하네스 또는 좌석벨트를 맵니다. 구조 손상은 바람 충격과 극한의 추위에 노출시킬 수도 있습니다.

이런 문제를 줄이려면 고도에서 급강하가 필요합니다. 여압 항공기 장비에는 자동 시각·청각 경고계통이 들어 있습니다.

다음 편은 산소계통입니다.

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