산소계통·방빙·제빙 — 조종사 핸드북 7장 (8/8)

앞 편은 전류계·유압·착륙장치와 여압·감압까지 다뤘습니다. 이번 편은 산소계통과 방빙·제빙이고, 7장의 마지막입니다.

산소계통

승무원과 승객은 여압계통과 함께 산소계통을 써서 저산소증(hypoxia)을 막습니다. 규정은 최소한, 객실 압력고도 12,500~14,000피트에 30분 노출된 뒤에는 비행 승무원이 보충 산소를 갖고 쓰도록 합니다. 객실 압력고도 14,000피트 초과에서는 노출되는 즉시 보충 산소가 필요합니다. 객실 압력고도 15,000피트 초과에서는 모든 탑승자가 보충 산소를 써야 합니다. (역주: 수치는 미국 14 CFR 기준입니다. 국내는 항공안전법 기준이 다를 수 있으니 확인 필요)

다만 신체 특성과 상태에 따라 훨씬 낮은 고도에서도 산소 부족을 느낄 수 있습니다. 주간에 10,000피트 이상이면 산소 부족으로 방향감각을 잃는 사람이 있습니다. 야간, 특히 피로할 때는 이 영향이 5,000피트에서도 날 수 있습니다. 그래서 최적 보호를 위해 조종사는 주간 객실고도 10,000피트 이상, 야간 5,000피트 이상에서 보충 산소를 쓰도록 권고됩니다.

대부분의 고고도 항공기에는 고정 산소 설치가 있습니다. 고정 설치가 없으면 휴대 산소 장비를 비행 중 바로 쓸 수 있게 둡니다. 휴대 장비는 보통 용기, 조정기(regulator), 마스크 출구, 압력계로 이루어집니다. 항공기 산소는 보통 1,800~2,200 psi 고압 용기에 저장합니다. 산소 병 주위 온도가 떨어지면 용기 안 압력도 떨어집니다. 기체 부피가 일정하면 압력은 온도에 비례하기 때문입니다. 보충 산소 병의 지시 압력이 떨어진 것은, 실제 소모가 아니라 항공기의 비가열 구역에 둔 탓일 수 있습니다.

고압 산소 용기에는 그 압력으로 채우기 전에 psi 허용값(예: 1,800 psi)을 표시합니다. 용기에 넣는 산소는 SAE AS8010(개정본) 조종사 호흡 산소 순도 기준 이상이어야 합니다. 안전을 위해 산소계통은 주기적으로 검사하고 보급합니다.

산소계통은 마스크 또는 캐뉼라(cannula)와, 객실고도에 따라 산소 유량을 공급하는 조정기로 이루어집니다. 40,000피트까지 승인된 조정기 대부분은 객실고도 8,000피트 이하에서 용기 산소 0퍼센트·객실 공기 100퍼센트를 주고, 객실고도 약 34,000피트에서 산소 100퍼센트·객실 공기 0퍼센트로 바뀌게 설계됩니다. 45,000피트까지 승인된 조정기 대부분은 낮은 고도에서 용기 산소 40퍼센트·객실 공기 60퍼센트를 주고, 높은 고도에서 100퍼센트로 바뀝니다.

산소를 쓸 때 화재 위험을 알아야 합니다. 보통 공기에서는 거의 불에 타지 않는 물질도 산소 안에서는 탈 수 있습니다. 오일과 그리스는 산소에 노출되면 점화될 수 있어, 산소 장비의 밸브·피팅 밀봉에 쓰지 않습니다. 어떤 산소 장비를 쓰는 중이든 흡연은 금지입니다.

매 비행 전에 조종사는 산소 장비를 모두 철저히 검사하고 시험합니다. 검사에는 항공기 산소 장비 전체, 가용 공급량, 계통 작동 점검, 보충 산소를 바로 쓸 수 있는지가 들어갑니다. 손은 깨끗이 하고, 마스크와 튜브의 찢김·균열·열화, 조정기의 밸브·레버 상태와 위치, 산소량, 산소 압력계·유량 지시계·연결부의 위치와 작동을 눈으로 봅니다. 마스크를 쓰고 계통을 시험합니다. 산소를 쓴 뒤에는 모든 구성품과 밸브가 잠겼는지 확인합니다.

산소 마스크

산소 마스크 형식과 설계는 여러 가지입니다. 가장 중요한 것은 마스크와 산소계통이 호환되는 것입니다. 승무원 마스크는 얼굴에 맞춰 누설을 최소로 하고, 보통 마이크가 들어 있습니다. 대부분은 입과 코만 덮는 구강비강형(oronasal)입니다.

승객 마스크는 개별 맞춤이 필요 없을 만큼 유연한 컵형 고무 성형일 수 있습니다. 간단한 탄성 머리끈이 있거나, 승객이 얼굴에 대고 있을 수 있습니다.

감염을 줄이고 수명을 늘리려면 마스크를 깨끗이 둡니다. 순한 비누와 물로 씻고 깨끗한 물로 헹굽니다. 마이크가 있으면 흐르는 물 대신 깨끗한 솜으로 비누액을 닦습니다. 소독도 합니다. 메르티올레이트(Merthiolate) 수용액에 적신 거즈로 마스크 안을 닦을 수 있습니다. 용액은 물 1쿼트당 메르티올레이트 1/5티스푼입니다. 깨끗한 천으로 닦고 바람으로 말립니다.

캐뉼라

캐뉼라는 코 아래로 지나는 플라스틱 튜브로, 사용자에게 산소를 줍니다. 마스크보다 편한 경우가 많지만, 높은 고도에서는 마스크만큼 안정적으로 충분한 유량을 주지 못할 수 있습니다. 옛 규정으로 인증된 항공기에는 기내 산소계통과 캐뉼라가 달려 있었습니다. 그러나 현행 규정은 18,000피트 초과 운용으로 설치·인증된 산소계통 항공기에 캐뉼라 대신 산소 마스크를 요구합니다. 많은 캐뉼라는 산소 공급 라인에 유량계가 있습니다. 있으면 녹색 유량 감지기를 조종사의 정규 스캔에 넣습니다.

디루터 디맨드 산소계통

디루터 디맨드(diluter-demand) 산소계통은 사용자가 마스크로 들이쉴 때만 산소를 공급합니다. 오토믹스(automix) 레버가 있으면 조정기가 고도에 따라 객실 공기와 산소를 자동으로 섞거나 100퍼센트 산소를 줍니다. 디맨드 마스크는 바깥 공기와 섞이지 않게 얼굴을 꽉 막고, 40,000피트까지 안전하게 쓸 수 있습니다. 수염이나 콧수염이 있으면 마스크 밀봉을 방해하지 않게 다듬습니다. 수염·콧수염 주위 밀착은 지상에서 확인합니다.

압력 디맨드 산소계통

압력 디맨드(pressure-demand) 산소계통은 디루터 디맨드와 비슷하지만, 객실고도 34,000피트 초과에서는 마스크에 산소를 압력으로 넣습니다. 압력 디맨드 조정기는 기밀·산소 기밀 밀봉을 만들고, 마스크 면피에 양압을 걸어 폐를 산소로 가압합니다. 이 기능 때문에 압력 디맨드 조정기는 40,000피트 초과에서도 안전합니다. 조정기를 계기판이 아니라 마스크에 바로 붙인 형식도 있습니다. 마스크 장착 조정기는, 100퍼센트 산소가 마스크로 흐르기 전에 긴 호스의 공기를 퍼지해야 하는 문제를 없앱니다.

연속유량 산소계통

연속유량(continuous-flow) 산소계통은 보통 승객용입니다. 승객 마스크에는 보통 리저버 백이 있어, 사용자가 내쉴 때 연속유량 계통의 산소를 모읍니다. 백에 모인 산소는 들이쉬는 동안 더 높은 흡기 유량을 주어 공기 희석을 줄입니다. 리저버 백의 산소가 바닥난 뒤에는 들이쉬는 동안 주위 공기가 공급 산소에 더해집니다. 내쉰 공기는 객실로 나갑니다.

전기 펄스 디맨드 산소계통

휴대용 전기 펄스 디맨드(pulse-demand) 산소계통은 들이쉬는 힘을 감지해, 흡기 초기에만 산소를 줍니다. 숨 주기 중 내쉴 때는 산소를 보내지 않아 낭비하지 않습니다. 연속유량과 비교하면 필요한 산소를 50~85퍼센트 줄일 수 있습니다. 대부분의 펄스 디맨드 계통은 내부 기압계가 있어, 고도가 오르면 펄스마다 보내는 산소량을 늘려 고도 변화를 자동 보상합니다.

펄스 옥시미터

펄스 옥시미터(pulse oximeter)는 혈액의 산소량과 심박수를 재는 장비입니다. 비침습이고, 적혈구가 산소로 포화될 때 생기는 색 변화를 봅니다. 손가락 끝으로 특수 광선을 보내 적혈구 색을 평가해, 직접 측정한 혈중 산소와 1퍼센트 이내로 포화도를 계산합니다. 휴대와 속도 때문에, 보충 산소가 필요한 12,500피트 이상 비여압기 운용 조종사에게 아주 유용합니다. 승무원과 승객이 보충 산소가 실제로 필요한지 평가할 수 있습니다.

산소계통 보급

항공기에 산소를 보급하기 전에 해당 항공기 정비 매뉴얼에서 필요한 장비와 절차를 확인합니다. 산소계통을 보급할 때는 다음을 지킵니다. 보급은 격납고 밖에서만 합니다. 개인 청결과 정리가 필수입니다. 압력 산소는 석유 제품과 닿으면 자연 발화합니다. 작업자는 산소 장비 주위에서 일하기 전에 손의 먼지·오일·그리스(립살브, 헤어 오일 포함)를 씻습니다. 옷과 공구에도 오일·그리스·먼지가 없어야 합니다.

산소 탱크가 고정된 항공기는 보통 두 사람이 보급합니다. 한 사람은 보급 장비 제어 밸브에, 다른 사람은 항공기 계통 압력계를 볼 수 있는 곳에 둡니다. 급유 중이거나 점화원이 될 수 있는 다른 작업을 하는 동안의 산소 보급은 권고되지 않습니다. 승객이 타고 있는 동안의 산소 보급도 권고되지 않습니다.

방빙과 제빙 계통

방빙(anti-icing) 장비는 얼음이 생기는 것을 막고, 제빙(deicing) 장비는 생긴 얼음을 뗍니다. 이 계통은 날개·꼬리 앞전, 피토·정압구, 연료탱크 벤트, 실속 경고 장치, 윈드실드, 프로펠러 블레이드를 보호합니다. 야간에 구조 착빙 정도를 보려고 착빙 탐지등이 달린 항공기도 있습니다.

경량기 대부분은 가열 피토관만 있고 착빙 비행 인증이 없습니다. 이런 경량기는 늦가을·겨울·초봄 선선한 기후에서 장거리 능력이 제한됩니다. 인증되지 않은 항공기는 착빙 조건을 즉시 빠져나옵니다. 상세는 AFM/POH를 봅니다. (역주: 국내는 해당 항공기 비행교범·POH와 운용한계를 확인하세요)

익면 방빙·제빙

팽창식 제빙 부트는 익면 앞전에 붙인 고무 시트입니다. 앞전에 얼음이 쌓이면 엔진 구동 공압 펌프가 고무 부트를 부풉니다. 많은 터보프롭은 엔진 블리드 에어를 날개로 돌려 고무 부트를 부풉니다. 팽창하면 얼음이 깨져 날개 앞전에서 떨어져야 합니다. 제빙 부트는 조종석 스위치로 제어하고, 단발 사이클 또는 자동 시간 간격으로 돌릴 수 있습니다.

예전에는 착빙을 만난 직후 너무 일찍 부트를 돌리면 얼음층이 깨지지 않고 늘어나, 아이스 브리징(ice bridging)이 생긴다고 봤습니다. 그러면 이후 제빙 사이클이 쌓인 얼음을 못 뗀다는 것이었습니다. 사이클 뒤에 잔빙이 남을 수는 있지만, 현대 부트에서는 브리징이 일어나지 않습니다. 얼음이 쌓이는 것이 보이면 바로 부트를 돌리면 됩니다. 해당 항공기 제빙 부트 운용은 AFM/POH를 봅니다.

많은 제빙 부트 계통은 계기계통 흡입 게이지와 공압 압력 게이지로 부트 작동이 정상인지 봅니다. 이 게이지에는 부트 운용 한계를 나타내는 범위 표시가 있습니다. 부트 정상 작동을 알리는 어넌시에이터 등이 있는 계통도 있습니다.

제빙 부트의 정비와 관리는 이 계통이 계속 도려면 중요합니다. 프리플라이트에서 주의 깊게 검사합니다.

다른 앞전 보호는 열 방빙(thermal anti-ice)입니다. 열은 익면에 얼음이 쌓이는 것을 막는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다. 고성능 터빈기는 엔진 압축기 섹션의 뜨거운 공기를 앞전으로 보내는 경우가 많습니다. 뜨거운 공기가 앞전을 충분히 데워 얼음이 생기지 않게 합니다. 더 새로운 열 방빙은 서마윙(ThermaWing)으로, 날개와 수평안정판 앞전에 전기 가열 흑연 포일 적층을 붙입니다. 서마윙은 보통 가열 구역이 둘입니다. 앞전 한 구역은 연속 가열이고, 더 뒤의 둘째 구역은 주기적으로 가열해 얼음을 떼고 공력으로 떨어지게 합니다. 열 방빙은 착빙 조건에 들어가기 전에 켭니다.

열 방빙·제빙 부트만큼 흔하지는 않은 다른 앞전 보호가 위핑 윙(weeping wing)입니다. 위핑 윙은 날개 앞전의 작은 구멍으로 얼음이 생기고 쌓이는 것을 막습니다. 부동액을 앞전으로 펌프해 구멍으로 스며 나오게 합니다. 위핑 윙은 항공기를 제빙할 수도 있습니다. 앞전에 얼음이 쌓여 있으면 부동액이 얼음과 기체의 결합을 화학적으로 끊어, 공력이 얼음을 떼게 합니다.

윈드스크린 방빙

윈드스크린 방빙은 크게 두 가지입니다. 첫째는 윈드스크린에 알코올을 흘리는 계통입니다. 일찍 쓰면 알코올이 윈드스크린에 얼음이 쌓이지 않게 합니다. 알코올 유량은 제작사 권고 절차에 따라 조종석 다이얼로 조절합니다.

다른 효과적인 방법은 전기 가열입니다. 가는 전선이나 다른 전도 재료가 윈드스크린에 들어 있습니다. 조종석 스위치로 히터를 켜면 전선을 통해 전류가 실드를 가로질러, 윈드스크린에 얼음이 생기지 않을 만큼 열을 줍니다. 가열 윈드스크린은 비행 중에만 씁니다. 지상 운용 중에는 켜 두지 않습니다. 과열되어 윈드스크린이 손상될 수 있습니다. 경고: 전류는 나침반 편차를 최대 40°까지 일으킬 수 있습니다.

프로펠러 방빙

프로펠러는 알코올 또는 전기 가열 요소로 착빙을 막습니다. 일부 프로펠러는 블레이드 루트를 향하는 분출 노즐이 있습니다. 노즐에서 알코올이 나오고, 원심력이 알코올을 블레이드 앞전으로 보냅니다. 부트에도 홈이 있어 알코올 흐름을 돕습니다. 이렇게 프로펠러 앞전에 얼음이 생기지 않게 합니다.

프로펠러에 방빙 부트를 붙일 수도 있습니다. 프로펠러 부트는 안쪽(inboard)과 바깥쪽(outboard) 두 구간입니다. 부트 안에는 프로펠러를 가열하는 전류가 흐르는 전선이 들어 있습니다. 프로펠러 방빙은 프로펠러 방빙 전류계로 정상 작동을 감시합니다. 프리플라이트에서 프로펠러 부트가 제대로 도는지 확인합니다. 한 블레이드의 부트가 가열되지 않으면 블레이드 하중이 달라져 심한 프로펠러 진동이 날 수 있습니다.

기타 방빙·제빙

피토·정압구, 연료 벤트, 실속 경고 센서, 그 밖의 선택 장비는 전기 요소로 가열될 수 있습니다. 전기 가열 계통의 작동 점검은 AFM/POH에 따릅니다.

항공기 방빙·제빙 계통은 착빙 조건을 만나기 전에 점검합니다. 구조 착빙을 만나면 즉시 조치합니다. 방빙·제빙 장비는 착빙 조건에서 장시간 비행을 버티라고 있는 것이 아닙니다.

장 요약

모든 항공기에는 엔진, 프로펠러, 흡기, 점화와 함께 연료, 윤활, 냉각, 전기, 착륙장치, 환경제어처럼 비행을 받치는 필수 계통이 필요합니다. 타는 항공기의 계통을 이해하는 것은 안전 운용과 바른 정비에 중요합니다. 해당 항공기의 구체 정보는 AFM/POH를 봅니다. 제작사와 소유자 단체 웹사이트도 추가 정보의 좋은 출처가 될 수 있습니다.

다음 장은 비행 계기입니다.

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