터보제트 엔진에 현재는 주류로 사용하는 축류형 압축기는, 초기에 사용하던 원심형 압축기 보다 압축기 실속 같은 비정상적인 상황에 빠지기가 상대적으로 더 쉽다.

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 이 엔진 실속 문제를 해결하는 제일 간단한 방법은 압축기 제일 앞쪽에 고정깃을 하나 더 두는 것이다. 이 부분을 흡입구 유도 베인 (Inlet Guide Vane)이라고 부르는데 만약 공기가 불균형하게 들어오더라도 공기흐름이 어느 정도 균질하게 들어오도록 하는 역할을 한다. 또한 가장 앞에서 회전하고 있는 회전 깃에 맞춰서 공기의 흐름 방향을 틀어주는 역할도 겸한다.

 많은 제트전투기용 엔진은 이 흡입구 유도 베인을 사용하기 때문에 작동중인 엔진을 봐도 앞부분이 회전하지 않는다. (한편 공항에서 보는 여객기의 회전 하는 앞부분은 압축기와는 또 약간 다르다. 이건 이후 터보팬 엔진에 대해 설명할 때 좀 더 자세히 다루고자 한다.)

 한편 회전 깃의 회전 속도를 달리 하는 것도 한 가지 방법이다. 압축기를 돌리는 힘은 터빈에서 나온다. 그런데 제트 엔진의 내부에 복잡한 가변형 감속기어 등을 설치하기 곤란하므로 보통은 압축기의 회전 깃과 터빈은 같은 축으로 연결 되어있다. 그래서 터빈이 빨리 돌면 압축기도 빨리 돌고, 터빈이 늦게 돈다면 압축기 역시 회전 속도가 느려진다.

 이때 문제가 되는 점은, 압축기는 여러 단으로 이뤄져 있다는 것이다. 앞쪽단의 회전 깃과 뒤쪽 단의 회전 깃은 서로 압축해야 하는 공기가 다르므로 필요한 속도도 다른데 전부 같은 속도로 회전해 버리면 한 쪽 깃의 효율이 극히 떨어져버리거나, 혹은 반대로 너무 과도하게 압축을 하려 하다가 실속해 버린다.

 그래서 이 문제를 해결하려고 회전속도가 터빈을 사용하기도 한다. 즉 하나의 터빈은 빠른 속도로, 나머지 터빈은 느린 속도로 돌게 해서 압축기의 회전 속도를 앞쪽 단은 느리게, 뒤쪽 단은 빠르게 하는 것이다. 물론 더 다양한 속도로 압축기들이 회전하도록 한다면 효율을 더 높일 수 있겠지만 이 경우 축과 터빈을 여러 개 설치해야 하고 거기에 따른 관련 부품 (이를 테면 회전을 원활하게 하도록 돕는 베어링 같은 것)이 늘어나므로 무게, 가격이 늘고 설계나 제작도 까다로워진다.

 초기형 제트 엔진들은 보통 하나의 축만으로 압축기를 돌려서 전부 같은 속도로 돌아갔지만, 이후 압축기의 효율 저하나 실속 문제등을 막기 위해 두 개의 터빈을 돌려서 하나는 고속으로, 또 하나는 저속으로 돌 도록 하는 것이 일반화되었다. 종류에 따라서는 3개의 다른 속도로 회전하는 축으로 압축기를 돌리는 엔진도 있다. 

 엔진의 출력변화나 항공기의 속도가 변하면 공기가 압축기를 통과하는 속도도 달라지며 압축기의 회전 깃 속도도 달라진다. 그러므로 압축기의 깃은 생각보다 다양한 받음각을 겪게 된다. 그렇기 때문에 압축기의 깃들이 실속을 겪지 않도록 상황에 맞춰서 깃의 각도를 바꿔주는 것도 한 가지 방법이다.

 그러나 고속으로 회전하는 회전 깃의 각도를 조절하는 것은 기계적으로 설계가 까다로우므로 보통은 고정깃의 각도만 바꾼다. 즉 고정깃의 각도를 바꿔서 회전깃으로 가는 공기흐름 방향을 조절함으로써, 결과적으로 회전깃이 느끼는 받음각이 항상 최적화 되도록 하는 것이다. 전투기용 엔진중에는 팬텀에 사용중인 J79 엔진에 사용한 이래로 현재 대부분의 제트항공기용 엔진은 가변형 고정 깃을 갖고 있다.  

 최신의 제트엔진들은 엔진 전체를 컴퓨터로 제어하고 있다. 예전에는 조종사가 출력을 제어하는 쓰로틀 레버와 제트 엔진이 기계적으로 연결 되어있어서 레버를 밀면 그 대로 연료가 많이 들어가고, 당기면 연료가 적게 들어가는 식으로만 엔진 출력을 제어 했다. 그러나 지금은 조종사가 쓰로틀 레버를 조작하면 이 신호는 전기적으로 바뀐다.

 그리고 제트엔진을 제어하는 컴퓨터가 현재의 항공기 엔진 쪽으로 들어오는 공기 속도나온도, 엔진의 회전 속도 등 다양한 상황을 고려해서 조종사가 원하는 수준에 맞게 최적의 출력으로 엔진을 제어한다. 그렇기 때문에 만약 압축기에서 실속이 걸릴 위험이 생기거나 기타 다른 문제가 생기려고 해도 자동으로 이 컴퓨터가 엔진의 회전속도를 늦추는 등의 방법을 사용해 엔진 시동이 아예 꺼져버리거나 엔진이 손상되지 않도록 막는다. 마치 일전에 설명한, 항공기의 조종면을 컴퓨터로 제어하는 플라이 바이 와이어 시스템과 같은 방식이다.

 현대의 제트엔진은 이렇게 압축기 실속을 막기 위해 다양한 시스템을 도입했기 때문에, 과거에 제트전투기들이 압축기 실속을 막기 위해서 일정 수준 이상의 급기동을 못했던 것과는 달리 이제는 그러한 제약은 많이 없어졌다. 

 정상적으로 작동중인 압축기는 강력한 힘으로 공기를 빨아들이는데 그 힘은 엄청나서 항공기 앞쪽에 있던 이물질이나 심지어 사람까지도 빨려 들어갈 수 있다. 그래서 보통 항공기 엔진 공기흡입구 주변에는 경고표시를 그려 넣는 한편, 엔진 작동 중 에는 절대로 정비사들이 흡입구 근처로는 가지 않는다. 또 이물질이 들어가는 문제를 막기 위해 지상에서 엔진을 점검할 때는 공기 흡입구에 철망을 씌운다.

 그러나 예상치 못한 이유로 바닥에 돌이나 나사못, 쇠붙이 같은 것이 떨어져 있다가 엔진에 빨려 들어가면 위험하다. 고속으로 회전하는 압축기의 깃은 높은 강도를 유지하기 위해 특수 합금으로 제작하긴 하지만, 그래도 워낙에 고속으로 회전하기 때문에 작은 물질에도 파손되기 쉽다.

 이렇게 외부 물질이 엔진으로 빨려 들어가는 것을 F.O.D (Foreign Object Damage : 외부물질에 의한 손상)라고 부른다. 이걸 막기 위해 정비사들은 군인이어도 군번줄을 하지 않으며 (없는 건 아니고 정비작업장에는 군번줄을 빼고 들어간다.) 혹시 빠지거나 흘릴지 모르므로 시계나 반지등도 가급적 착용하지 않는다. 또 하루에 한 번 이상 항공기가 다니는 길이나 격납고 주변을 여럿이 줄을 서서 동시에 걸어가면서 이물질이 있는지 검사한다.  

출처: http://www2.airforce.mil.kr:7777/webzine/special/view_article.jsp?bid=2002&aid=2669&page=1

기사제공= 주간 공군웹진 공감/ 필자 이승진

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