항공우주학 비행기엔진과 풍동이란 무엇인가

비행기는 엔진을 이용하여 하늘을 날아오를 수 있다. 기본적으로 무게에 승객들과 화물까지 더하면 그 무게를 가늠할 수가 없다. 상상조차 안되는 무게를 이륙시키기 위해서는 얼마나 커다란 엔진이 장착되어 있을지 궁금했다. 비행기가 발명이 되었을때 직선운동과 회전운동을 반복하는 피스톤엔진이 사용되었다.

 

비행기엔진의 원리는 무엇인가

 

1903년 라이트형제가 비행기를 발명한 이후 비행기는 피스톤엔진이 사용되었다.  엔진의 힘으로 프로펠러를 돌리기 위해서는 흡입,압축,연소,배출의 네가지 과정이 반복되어야 한다. 이러한 과정을 4행정 사이클기관이라고 한다.

 

1930년부터 개발되어서 지금까지 사용되고 있는 제트엔진은 많은양의 가스를 빠르게 분사하여 힘을 얻는 방식이나 공기중의 산소로 연소를 시킨다. 따라서 제트엔진은 공기가 있는곳에서만 사용될 수 있다. 제트엔진은 앞쪽 흡입구로 공기를 흡입한 뒤 압축을 시킨다. 압축된 공기에 연료가 뿌려지면서 연소가 되고 이렇게 연소된 가스는 터빈을 빠르게 회전시키면서 지나간다. 이때 가스는 처음에 들어온 공기보다 압력이 커지게 되고 그만큼의 힘이 생겨나는 것이다.

 

최근에는 터보팬제트엔진이 많이 사용되고 있다. 이것은 터보제트엔진 앞에 팬을 장착한 형태로 더욱 더 많은 힘을 얻을수 있어 고속화, 대형점보기에 많이 사용되고 있다고 한다. 터보팬제트엔진은 기존의 제트엔진과는 다르게 공기의 일부는 기존처럼 뒤쪽으로 분사하여 추력을 얻고 나머지 공기는 엔진속으로 보내서 뒤쪽으로 분사한다. 이렇게 두군데서 힘을 얻기 때문에 보다 빠른곳에 사용될 수 있는것이다.

 

 

비행기의 연료의 종류

 

사람들이 흔히들 이용하는 자동차의 경우 휘발유나 경유를 넣는다. 그렇다면 항공기는 어떠한 연료를 사용하여 움직이는 건지 궁금했다. 보통 항공유라 불리우는데 항공가솔린과 제트연료로 나뉜다. 항공가솔린은 프로펠러를 돌리는 헬리콥터나 비행기에 사용되며 제트엔진은 제트비행기에 사용된다. 

 

항공유는 워낙 많이 들어가기 때문에 비행경비에 많은 부분을 차지한다고 볼 수 있다. 일반적인 자동차와는 다르게 비행기는 착륙하기전에 기름을 모두 비워야 안전하다. 착륙할때에 비행기의 무게가 많이 나가면 그 충격으로 인해서 사고가 날수 있기 때문에 착륙시 기름이 남아있으면 아깝더라도 모두 버리고 착륙을 해야 한다.

 

대형자동차에 보통 기름을 가득 채우면 75리터 정도가 들어가고 대형트럭은 12000리터 정도의 기름을 채울수 있다. 비행기가 만약에 한국에서 LA로 간다는 가정하에 채우는 연료의 양은 약 181700리터로 양이 엄청나게 많다.

 

항공기 설계에 없어서 안되는 풍동

 

풍동이란 사람이 강제적으로 빠르고 강하게 공기의 흐름을 만들어내는 실험장치를 말한다. 이는 19세기말 영국에서 처음 만들어졌으며, 항공, 기계, 건축등 각종분야에서 바람에 의한 현상들을 파악하고자 사용되고 있다. 특히나 공기중에서 빠르게 움직이는 물체인 항공기를 설계하기 위해서는 없어서는 안되는 장비이다.

 

풍동은 공기역학시뮬레이터라고 할수 있는데, 공기가 지나가는 곳에 물체를 두고 공기가 지나감으로써 물체에 가해지는 힘과 그 물체가 있음으로써 주변공기의 흐름 변화등을 체크하고 문제점을 개선하는것이다. 여러번의 실험과 설계를 통해서 만들어진 것이 현재 항공기의 외형이다. 공기저항을 최대한 줄이기 위해서 유선형의 동체를 가지고 있고, 동체를 지탱하며 비행을 할 수 있는 힘을 만들어내는 날개가 있다.