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Hydraulic Systems

유압은 항공기의 복잡성에 따라 다양하게 사용된다. 예를 들어 유압 시스템은 보통 wheel brakes, retractable landing gear, 그리고 몇몇 constant-speed propellers에서 사용된다. 대형 비행기에서는 유압 시스템이 flight control surfaces, wing flaps, spoilers, 그리고 그 외 시스템에서 사용된다.

기본적인 유압 시스템은 reservoir, pump(hand, electric, 혹은 engine-driven), filter(용액을 청결하게 유지하는 장치), selector valve(흐름 방향을 제어하는 장치), relief valve(과도한 압력을 완화하는 장치), 그리고 actuator로 구성된다. [그림 7-36]

유압유는 유압 시스템을 통해 actuator나 servo로 펌프 된다. servo란 피스톤을 갖춘 실린더로 이는 유체동력을 일(work)로 전환하여 항공기 시스템이나 조종면을 움직이는데 필요한 동력을 생성한다. servo는 시스템에 따라 단동(single-acting)이거나 복동(double-acting)일 수 있다. 즉, servo의 유형에 따라 servo의 한 쪽이나 양 쪽에 유체가 적용될 수 있다. single-acting servo는 한 방향으로 동력을 공급한다. selector valve를 통해 유압유의 방향이 제어될 수 있으며 이는 유압유가 두 가지 방향으로 작용해야 하는 작동(예를 들어 landing gear가 올라가고 내려가는 것)에서 필요하다. 시스템 내에 과도한 오일 압력이 발생하게 되면 relief valve가 배출 수단을 제공한다. 다양한 항공기들의 개별 조건들을 충족시키기 위해  각 시스템은 서로 다른 구성 요소들을 갖춘다.

소형 항공기에서는 미네랄을 기반으로 하는 유압유가 가장 널리 사용된다. 등유와 유사한 이 유압유는 윤활성이 우수하다. 여기에는 거품 발생이 억제되고 부식이 방지되는 첨가제가 함유된다. 이 유압유는 화학적으로 안정적이고, 온도에 의한 점도 변화가 거의 없으며, 식별을 위해 염색된다. 항공기에는 제조업체가 지정한 유압유 형식만이 사용되어야 한다. AFM/POH나 Maintenance Manual을 참조한다.

Landing Gear

landing gear는 지면에서 항공기의 주요 지지대를 형성한다. 보통 landing gear는 바퀴들로 구성되어 있지만 floats(수상 운영을 위한 장치)나 skis(눈 착륙을 위한 장치)로 구성될 수도 있다. [그림 7-37] 소형 항공기의 landing gear는 세 개의 바퀴들로 구성된다: 두 개의 main wheels(fuselage의 양 쪽에 하나씩 배치), 그리고 비행기의 전방이나 후방에 위치하는 세 번째 바퀴. 후방에 바퀴가 장착된 landing gear를 conventional landing gear라 부른다. conventional landing gear를 갖춘 비행기를 보통 tailwheel airplanes라 부른다. 세 번째 바퀴가 전방에 위치하는 경우에는 이를 nosewheel이라 부르며 이러한 설계를 tricycle gear라 부른다. steerable nosewheel이나 steerable tailwheel을 사용하면 비행기가 지상에서도 제어될 수 있다.

Tricycle Landing Gear

tricycle landing gear를 사용하면 세 가지 이점이 있다:

1. 고속으로 착륙하는 도중 브레이크를 강하게 작동하여도 nose over가 발생하지 않는다.

2. 이륙, 착륙, 그리고 지상 활주 도중 조종사의 전방 시야가 향상된다.

3. 지상 운영 도중 더 많은 방향 안정성을 제공하여 ground looping(swerving)을 방지하는 경향이 있다. 왜냐하면 항공기의 CG가 main wheels 앞에 있기 때문이다. 이 덕분에 비행기는 ground loop를 하지 않고 일직선으로 전진한다.

nosewheel에는 steerable nosewheel과 castering nosewheel이 있다. steerable nosewheels는 cable이나 rod에 의해 rudder와 연결되는 반면 castering nosewheels는 자유롭게 회전할 수 있다. 어떠한 경우이든 항공기는 rudder pedals를 통해 조향된다. castering nosewheel을 갖춘 비행기에서는 조향을 위해 rudder pedals와 양 쪽 브레이크를 함께 사용해야 할 수 있다.

Tailwheel Landing Gear

tailwheel landing gear airplanes는 두 개의 main wheels를 가지며 이들은 CG의 전방에 부착된다. fuselage의 맨 뒤쪽에 있는 tailwheel은 세 번째 지탱 지점을 제공한다. 이러한 배치는 커다란 프로펠러에 충분한 지면 간격을 제공한다. 그리고 경작되지 않은 지역을 운영할 때에는 tailwheel landing gear가 훨씬 바람직하다. [그림 7-38]

CG가 main landing gear의 뒤에 위치하면 지상 운영 도중 방향 제어가 어렵다. 이는 tailwheel landing gear의 주요 단점이다. 예를 들어 낮은 속도로 활주하던 도중 항공기의 방향이 홱 틀어지면 CG가 main gear를 앞서나가려 할 것이며 이로 인해 ground loop가 발생할 수 있다.

지상 근처에서 전방 시야가 감소하는 것은 tailwheel landing gear airplanes의 두 번째 단점이다. 이러한 단점 때문에 tailwheel airplanes를 운영하기 위해서는 특별한 훈련이 필요하다.

Fixed and Retractable Landing Gear

또한 landing gear는 fixed나 retractable로 분류될 수 있다. fixed의 경우 landing gear가 항상 연장된 상태로 유지된다. 이는 단순하고 관리하기 쉽다는 장점이 있다. retractable의 경우 landing gear를 항공기 구조 내로 집어넣어서 비행기가 유선형이 되도록 설계되었다. [그림 7-39]

Brakes

비행기의 브레이크는 main wheels에 위치하며 hand control이나 foot pedals(발가락이나 발꿈치)에 의해 작동한다. foot pedals는 개별적으로 작동하므로 차등 제동이 가능하다. 지상 운영 도중 차등 제동이 nosewheel/tailwheel steering을 보완할 수 있다.

Pressurized Aircraft
 
항공기가 높은 고도를 비행하는 두 가지 이유가 있다. 첫 번째, 특정 속도에 대해 높은 고도를 비행하는 항공기는 낮은 고도를 비행하는 항공기보다 더 적은 연료를 소비한다. 왜냐하면 항공기는 높은 고도에서 더 효율적이기 때문이다. 두 번째, 폭풍 위를 비행함으로써 악기상과 난기류를 회피할 수 있다. 많은 현대 항공기들은 높은 고도를 운영하도록 설계되므로 이러한 이점들을 갖는다. 높은 고도를 비행하기 위해선 항공기가 여압 되거나 각 탑승자에게 보조 산소가 제공되어야 한다. 이러한 항공기를 조종하는 조종사는 기본적인 작동 원리를 숙지해야 한다.
 
일반적인 여압 시스템에서 객실, 조종실, 그리고 수화물 칸은 외부 대기압보다 높은 압력의 공기를 담을 수 있는 밀폐 장치 내에 결합된다. 터빈 엔진 항공기에서는 엔진 compressor section의 bleed air가 객실을 여압하는데 사용된다. 구형 터빈 엔진 항공기에서는 fuselage 내로 공기를 주입하기 위해 supercharger가 사용될 수 있다. 피스톤 항공기에서는 각 엔진의 turbocharger로부터 sonic venturi(flow limiter)를 통해 공급되는 공기를 사용할 수 있다. 공기는 outflow valve라 불리는 장치에 의해 fuselage에 방출된다. outflow valve는 여압 영역을 향해 공기가 지속적으로 유입되도록 만들기 위해 공기 출구를 조절한다. [그림 7-40]

maximum designed cruising altitude에서 객실 여압 시스템은 약 8,000ft의 cabin pressure altitude를 유지한다. 이는 승객과 승무원이 불편함을 느끼거나 다칠 수 있는 급격한 cabin altitude 변화를 방지한다. 또한 여압 시스템은 객실 내부에서 외부로 공기가 빠르게 교체되게 만든다. 이는 악취와 퀴퀴한 공기를 제거해 준다. [그림 7-41]

탑승객을 저산소증(hypoxia)으로부터 보호하기 위해선 객실 여압이 필수적이다. 여압된 객실 내에서 탑승자는 장시간 동안 편안하고 안전하게 비행할 수 있다(특히 cabin altitude가 8,000ft 이하로 유지되는 경우. 8,000ft 이하에서는 산소 장비가 필요하지 않다). 이러한 유형의 항공기를 비행하는 조종사는 객실 압력이 의도치 않게 손실될 수 있다는 것을 알아야 하며 이러한 비상사태를 대처할 준비가 되어있어야 한다.
 
다음 용어들은 여압 및 공기 조절 시스템의 작동 원리를 이해하는데 도움이 된다:
 
∙ Aircraft altitude – 항공기가 비행하는 해수면으로부터의 실제 높이
 
∙ Ambient temperature – 항공기를 둘러싼 영역의 온도
 
∙ Ambient pressure – 항공기를 둘러싼 영역의 압력
 
∙ Cabin altitude – 해수면으로부터의 고도에 상당하는 객실 압력
 
∙ Differential pressure – 벽의 한쪽 면에서 작용하는 압력과 벽의 다른 쪽 면에서 작용하는 압력의 차이. 여압 및 공기 조절 시스템에서 이는 객실 압력과 대기압의 차이를 의미한다.
 
cabin pressure control system은 cabin pressure regulation, pressure relief, vacuum relief, 그리고 isobaric range와 differential range에서 원하는 cabin altitude를 선택할 수 있는 수단을 제공한다. 객실 압력을 배출(dump)하는 것도 pressure control system의 기능 중 하나이다. 이러한 기능들을 위해 cabin pressure regulator, outflow valve, 그리고 safety valve가 사용된다.
 
cabin pressure regulator는 isobaric range에 설정된 값으로 객실 압력을 조절하고 differential range에 설정된 값으로 객실 압력을 제한한다. 객실 내부와 외부의 압력 차이가 fuselage에 대해 설계된 maximum differential pressure와 같아지는 고도에 도달한 이후에는 고도가 높아질수록 cabin altitude가 높아진다. fuselage에 대해 설계된 maximum differential pressure가 초과되는 것을 방지하기 위해 differential control이 사용된다. differential pressure는 객실의 구조적 강도에 의해 결정되며 종종 균열 가능성이 있는 영역(예를 들어 창문이나 문)에 대한 객실 크기에 의해 결정된다.
 
cabin air pressure safety valve는 pressure relief valve, vacuum relief valve, 그리고 dump valve로 구성된다. pressure relief valve는 객실 내부와 외부의 압력 차이가 maximum differential pressure를 초과하는 것을 방지한다. vacuum relief valve는 외부 공기를 객실로 유도해서 ambient pressure가 cabin pressure를 초과하는 것을 방지한다. dump valve는 조종실에 배치된 스위치에 의해 작동하며 이 스위치가 ram에 놓이면 solenoid valve가 열려서 객실 공기가 대기 중으로 배출된다.
 
항공기의 여압 수준과 운영 고도는 몇 가지 설계 요인에 의해 제한된다. 기본적으로 fuselage는 특정 cabin differential pressure를 견딜 수 있도록 설계된다.
 
pressurization controller와 함께 사용되는 몇몇 계기들이 있다. cabin differential pressure gauge는 내부 압력과 외부 압력의 차이를 표시한다다. maximum differential pressure가 초과되지 않았는지 확인하기 위해선 이 계기를 모니터링해야 한다. 시스템 성능 점검을 위해 cabin altimeter도 제공된다. 이 두 계기가 하나로 합쳐지는 경우도 있다. 세 번째 계기는 cabin altitude의 상승률/하강률을 나타낸다. cabin rate-of climb instrument와 cabin altimeter가 그림 7-42에 나타나있다.

감압(decompression)이란 항공기의 여압 시스템이 pressure differential을 유지할 수 없는 상태라 정의된다. 이는 여압 시스템의 오작동이나 항공기의 구조적 손상으로 인해 발생할 수 있다.

생리학적으로는 감압이 두 가지로 분류된다:

∙ Explosive decompression(폭발성 감압) – 객실이 폐보다 더 빠르게 감압되는 객실 압력 변화. 이는 폐 손상을 발생시킬 수 있다. 폐가 공기를 배출하는데 필요한 시간은 보통 0.2초이다. 0.5초 이내로 발생하는 모든 감압은 폭발적이고(explosive) 위험하다 간주된다.
 
∙ Rapid decompression(급속 감압) – 폐가 객실보다 더 빠르게 감압되는 객실 압력 변화.
 
explosive decompression이 발생하면 소음이 들릴 수 있으며 잠시 멍한 느낌이 들 수 있다. 객실 공기는 안개, 먼지, 혹은 이물질들로 가득 찬다. 기온이 급격하게 하락하고 상대습도가 변화해서 안개가 발생한다. 보통 귀는 곧 맑아진다. 폐로부터 공기가 빠져나가기 때문에 입과 코에서 공기가 밀려 나온다.

rapid decompression은 유효 의식시간(the period of useful consciousness)을 감소시킨다. 왜냐하면 폐에 있는 산소가 빠르게 배출돼서 신체에 가해지는 압력이 떨어지기 때문이다. 이는 혈액 내 산소 분압을 낮춰서 조종사의 유효 동작시간(effective performance time)을 정상 시간의 1/3 ~ 1/4로 줄인다. 때문에 매우 높은 고도(35,000ft 이상)를 비행할 때에는 산소마스크를 착용해야 한다. 만약 항공기가 diluter-demand oxygen system이나 pressure-demand oxygen system을 갖추고 있다면 oxygen regulator를 100% 산소로 설정하는 것이 좋다.
 
감압의 주된 위험은 저산소증이다. 의식불명을 피하기 위해선 산소 장비를 신속하고 올바르게 사용해야 한다. 감압의 또 다른 위험은 감압병(decompression sickness)이다. 신체에 가해지는 압력이 충분히 떨어져서 신체 내부에 녹아있던 질소가 기포를 형성하면 감압병이 발생하며 이는 일부 신체 조직에 악영향을 미칠 수 있다.

항공기의 구조적 손상으로 인한 감압은 또 다른 유형의 위험을 발생시킨다. 바로 개구부 근처에 위치한 사람이 항공기 밖으로 튕겨나가는 것이다. 여압 항공기의 개구부 근처에 위치한 사람은 항상 안전벨트를 착용해야 한다. 또한 구조적 손상으로 인한 감압은 개구부 근처에 위치한 사람들을 돌풍과 극도로 추운 온도에 노출시킬 수 있다.

이러한 문제들을 최소화하기 위해서는 빠르게 하강을 수행해야 한다. 모든 여압 항공기의 장비는 자동 시각 및 청각 경고 시스템들을 갖추고 있다.

Oxygen Systems

승무원과 승객들은 저산소증을 방지하기 위하여 여압 시스템과 산소 시스템을 사용한다. 규정에 따라 비행 승무원은 12,500ft ~ 14,000ft의 cabin pressure altitude에 30분간 노출된 후에는 보조 산소를 사용해야 한다. 14,000ft를 초과하는 cabin pressure altitude에 노출되었다면 즉시 보조 산소를 사용해야 한다. 15,000ft를 초과하는 cabin pressure altitude에 노출되었다면 모든 항공기 탑승자가 보조 산소를 사용해야 한다. 허나 사람의 신체적 특징 및 상태에 따라 훨씬 더 낮은 고도에서도 산소 부족의 영향을 느낄 수 있다. 주간에 10,000ft 이상을 비행할 때 몇몇 사람들은 산소 부족으로 인하여 방향감각상실을 경험할 수 있다. 야간에는 이러한 영향이 5,000ft까지 낮아질 수 있다(특히 피곤할 경우). 따라서 주간에는 10,000ft cabin altitude 이상일 때, 그리고 야간에는 5,000ft cabin altitude 이상일 때 보조 산소를 사용하는 것이 좋다.

다음은 항공안전법 시행규칙 제114조(산소 저장 및 분배장치 등)을 발췌한 내용이다(시행 2024.11.13)

제114조(산소 저장 및 분배장치 등) ① 법 제52조제2항에 따라 고고도(高高度) 비행을 하는 항공기(무인항공기는 제외한다. 이하 이 조에서 같다)는 다음 각 호의 구분에 따른 호흡용 산소의 양을 저장하고 분배할 수 있는 장치를 장착하여야 한다.

1. 여압장치가 없는 항공기가 기내의 대기압이 700헥토파스칼(hPa) 미만인 비행고도에서 비행하려는 경우에는 다음 각 목에서 정하는 양

가. 기내의 대기압이 700헥토파스칼(hPa) 미만 620헥토파스칼(hPa) 이상인 비행고도에서 30분을 초과하여 비행하는 경우에는 승객의 10퍼센트와 승무원 전원이 그 초과되는 비행시간 동안 필요로 하는 양

나. 기내의 대기압이 620헥토파스칼(hPa) 미만인 비행고도에서 비행하는 경우에는 승객 전원과 승무원 전원이 해당 비행시간 동안 필요로 하는 양

2. 기내의 대기압을 700헥토파스칼(hPa) 이상으로 유지시켜 줄 수 있는 여압장치가 있는 모든 비행기와 항공운송사업에 사용되는 헬리콥터의 경우에는 다음 각 목에서 정하는 양

가. 기내의 대기압이 700헥토파스칼(hPa) 미만인 동안 승객 전원과 승무원 전원이 비행고도 등 비행환경에 따라 적합하게 필요로 하는 양

나. 기내의 대기압이 376헥토파스칼(hPa) 미만인 비행고도에서 비행하거나 376헥토파스칼(hPa) 이상인 비행고도에서 620헥토파스칼(hPa)인 비행고도까지 4분 이내에 강하할 수 없는 경우에는 승객 전원과 승무원 전원이 최소한 10분 이상 사용할 수 있는 양

※ 다음은 고정익항공기를 위한 운항기술기준을 발췌한 내용이다(시행 2024.3.11).

7.1.14.6 산소저장 및 분배장치(Oxygen Storage and Dispensing Apparatus)

주. 이장에서 사용되는 절대 압력치에 상응하는 표준대기에서의 근사치 고도는 다음과 같다.

대부분의 고고도 항공기는 산소 장치를 갖추고 있다. 만약 항공기에 산소 장치가 없다면 휴대용 산소 장비를 비행 도중 쉽게 사용할 수 있어야 한다. 휴대용 장비는 보통 container, regulator, mask outlet, 그리고 pressure gauge로 구성된다. 산소는 보통 1,800 ~ 2,200 psi의 고압 용기(container)에 저장된다. 산소 용기를 둘러싼 주변 온도가 감소하면 용기 내의 압력이 감소한다. 왜냐하면 기체의 부피가 일정할 경우 압력은 온도에 따라 직접적으로 변화하기 때문이다. 보조 산소 용기에 표시되는 압력이 감소하는 것은 실제 산소가 고갈되기보다는 산소 용기가 차가운 곳에 보관되어 있기 때문일 수 있다. 산소 용기에는 psi 한계(예를 들어 1,800 psi)가 표시되어야 한다. 산소 용기에는 SAE AS8010, Aviator’s Breathing Oxygen Purity Standard 이상의 산소가 공급되어야 한다. 안전을 위해 산소 시스템이 주기적으로 검사 및 정비되어야 한다.

산소 시스템은 mask나 cannula, 그리고 regulator(cabin altitude에 따라 산소를 공급하는 장치)로 구성된다. 40,000ft까지 사용되도록 승인된 대부분의 regulators는 8,000ft 이하의 cabin altitude에서 0%의 실린더 산소와 100%의 객실 공기를 제공하도록 설계되어 있다. 이 비율은 대략 34,000ft의 cabin altitude에서 100%의 산소와 0%의 객실 공기로 변화한다. [그림 7-43] 45,000ft까지 사용되도록 승인된 대부분의 regulators는 낮은 고도에서 40%의 실린더 산소와 60%의 객실 공기를 제공하도록 설계되어 있다. 이 비율은 고도가 높아짐에 따라 100%로 변화한다.

산소를 이용할 경우 조종사는 화재의 위험을 인지해야 한다. 일반적인 공기에서는 거의 불에 타지 않는 물질들도 산소에서는 연소하기 쉽다. 오일과 그리스는 산소에 노출되면 발화할 수 있으므로 산소 장비의 밸브나 이음쇠를 봉하는데 이를 사용할 수 없다. 산소 장비를 사용할 때에는 흡연을 금지해야 한다. 매 비행 전에 조종사는 모든 산소 장비를 철저히 점검 및 테스트해야 한다. 이용 가능한 산소량, 시스템 작동 점검, 그리고 보조 산소를 손쉽게 이용할 수 있는지에 대한 여부가 철저히 점검되어야 한다. 이러한 점검은 깨끗한 손으로 수행되어야 한다. 또한 마스크와 튜브의 구멍 ∙ 균열 ∙ 손상을 육안으로 점검해야 하고, regulator valve/lever의 condition과 position을 점검해야 하, 산소의 양을 점검해야 하고, oxygen pressure gauge ∙ flow indicators ∙ connections의 위치와 작동 상태를 점검해야 한다. mask를 착용한 다음 시스템을 테스트해야 한다. 산소를 사용한 후에는 모든 구성 요소들과 밸브가 차단되었는지 확인한다.

Oxygen Masks

산소마스크에는 다양한 유형과 디자인이 있다. 산소마스크에서 가장 중요한 요소는 마스크와 산소 시스템이 호환되는지 확인하는 것이다. 승무원 마스크는 사용자의 얼굴에 밀착되어 산소 누출이 최소화 되도록 설계되어 있으며 보통 마이크가 포함되어 있다. 대부분의 마스크는 oronasal type이며 이는 입과 코만 덮는다.

승객 마스크는 간단한 컵 모양의 고무 성형품일 수 있으며 이는 모두가 사용할 수 있을 정도로 충분히 유연하다. 승객 마스크는 신축성이 좋은 머리끈을 가진 형식이거나, 혹은 본인이 직접 얼굴에 갖다 대야하는 형식일 수 있다.

감염의 위험을 줄이기 위해, 그리고 마스크의 사용 수명을 연장하기 위해 산소마스크를 청결하게 유지해야 한다. 순한 비누와 물이 섞인 용액으로 마스크를 씻은 후 맑은 물로 헹군다. 마이크가 설치된 경우에는 흐르는 물 대신 깨끗한 면봉을 통해 비눗물을 닦아낸다. 마스크는 소독도 되어야 한다. Merthiolate 수용액에 적신 거즈 패드를 통해 마스크를 닦을 수 있다. 이 용액에는 물 1쿼트 당 1/5 티스푼의 Merthiolate가 사용되어야 한다. 깨끗한 천으로 마스크를 닦고 공기 건조시킨다.

Cannula

cannula란 사용자에게 산소를 공급하기 위해 코 아래로 연결되는 인체공학적 플라스틱 관이다. [그림 7-44] cannula는 보통 마스크보다 편안하다. 허나 높은 고도를 운영하는 경우에는 마스크만큼 안정적으로 산소를 제공하지 못할 수 있다. 오래된 규정에 따라 증명된 비행기에는 산소 시스템과 함께 cannula가 설치되어 있다. 허나 현재의 규정에서는 18,000ft 이상의 운영에 대해 증명 받은 항공기로 하여금 cannula 대신 산소마스크를 장비하도록 요구하고 있다. cannula의 산소 공급 라인에는 보통 flow meter가 있다. 이것이 장착되어 있다면 주기적으로 green flow detector를 점검해야 한다.

Diluter-Demand Oxygen Systems

diluter-demand oxygen system은 사용자가 마스크를 통해 숨을 들이마쉬는 경우에만 산소를 공급한다. automix lever를 사용하면 regulator가 고도에 따라 자동으로 실내 공기와 산소를 혼합하거나 100% 산소를 공급할 수 있다. 이 마스크는 외부 공기와의 희석을 방지하기 위해 얼굴과 단단히 밀착되며 40,000ft까지 안전하게 사용될 수 있다. 턱수염이나 콧수염이 있는 조종사는 산소마스크의 밀착이 방해되지 않도록 수염을 손질해야 한다. 턱수염이나 콧수염 주위로 마스크가 제대로 밀착되는지 지상에서 확인해야 한다.

Pressure-Demand Oxygen Systems

pressure-demand oxygen system은 diluter demand oxygen 장비와 유사하다(단, 34,000ft 이상의 cabin altitudes에서는 산소가 압축되어서 마스크에 공급된다는 점 제외). pressure-demand regulators는 밀폐된 공간을 만들 뿐만 아니라 산소를 양압으로 공급해서 사용자의 폐가 산소로 가압될 수 있게 해준다. 이 기능 덕분에 pressure demand regulators는 40,000ft를 초과하는 고도에서도 안전하다. regulator가 계기판이나 그 외 영역에 장착되지 않고 마스크에 직접 부착되는 pressure demand mask도 존재한다. mask-mounted regulator는 100% 산소가 마스크로 유입되기 전에 호스의 공기가 제거되어야 하는 문제를 제거한다.

Continuous-Flow Oxygen System

continuous-flow oxygen system은 보통 승객을 위해 제공된다. 승객 마스크에는 보통 reservoir bag이 있는데 이는 사용자가 숨을 내쉬는 동안 continuous-oxygen system으로부터 산소를 수집한다. 숨을 들이마시는 도중에는 reservoir bag에 모인 산소 덕분에 산소가 더 빠르게 공급되며 공기의 희석량도 줄어든다. reservoir bag에 모인 산소가 고갈된 이후에는 숨을 들이마실 때 외부 공기가 산소 공급에 추가된다. 내뱉은 공기는 객실로 방출된다. [그림 7-45]

Electrical Pulse-Demand Oxygen System

휴대용 electrical pulse-demand oxygen system은 개개인의 호흡 노력을 감지하여 산소를 공급한다. 이 시스템은 숨을 들이마시는 초기 단계에 산소를 제공한다. pulse demand systems는 호흡 도중 산소를 낭비하지 않는다. 왜냐하면 숨을 들이마시는 도중에만 산소가 공급되기 때문이다. continuous-flow systems와 비교하였을 때 pulse-demand 방식은 필요한 산소의 양을 50 ~ 85%까지 줄일 수 있다. 대부분의 pulse-demand oxygen systems는 internal barometer를 가지고 있다. 이는 고도가 높아질수록 매 맥박(pulse)에 대해 전달되는 산소의 양을 증가시켜서 고도 변화를 자동으로 보상한다. [그림 7-46]

Pulse Oximeters

pulse oximeter는 개개인의 혈액 속 산소량과 심장 박동 수를 측정하는 장치이다. 이 비침습(non-invasive) 장치는 적혈구가 산소로 포화되었을 때 겪는 색 변화를 측정한다. pulse oximeter는 적혈구의 색을 평가하기 위해 손가락 끝에 특별한 빛을 내보낸다. 이는 실제 혈액을 채취해서 직접 산소 포화도를 측정하는 방식과 비교하였을 때 1% 이내의 오차를 가질 정도로 정밀하다. pulse oximeter는 그 휴대성과 속도 덕분에 보조 산소를 필요로 하는 12,500ft 이상의 비여압 항공기 조종사에게 매우 유용하다. pulse oximeter를 통해 항공기 승무원과 승객들의 실제 보조 산소 필요성을 평가할 수 있다. [그림 7-47]

Servicing of Oxygen Systems

항공기에 산소를 공급하기 전에 특정 항공기의 취급 설명서를 참조해서 필요한 장비의 유형과 사용 절차를 확인한다. 산소 시스템에 산소를 공급할 때에는 항상 특정 예방 조치를 준수해야 한다. 산소 공급은 항공기가 격납고 밖에 있을 때에만 수행되어야 한다. 산소를 취급할 때에는 청결과 자재 관리가 필수적이다. 가압된 산소가 석유 제품과 접촉하면 자연 발화를 생성한다. 산소 공급 직원은 산소 장비 주변에서 작업하기 전에 손의 먼지, 오일, 그리고 그리스(입술크림과 헤어오일 포함)를 반드시 씻어야 한다. 또한 옷과 도구에 기름, 그리스, 그리고 먼지가 없어야 한다. 산소 탱크가 설치된 항공기에 산소를 공급하기 위해선 보통 두 사람이 필요하다. 한 명은 산소를 공급하는 장비의 control valve에 있어야 하고 다른 한 명은 항공기 시스템의 pressure gauge를 확인할 수 있는 곳에 있어야 한다. 항공기 급유 중에, 혹은 발화 원인이 될 수 있는 그 외의 작업 도중에는 산소를 공급하지 않는 것이 좋다. 승객들이 항공기에 탑승한 상태에서 산소를 공급하는 것은 권장되지 않는다.

Anti-Ice and Deice Systems

anti-icing equipment는 얼음의 형성을 방지하기 위해 설계되었다. 반면 deicing equipment는 이미 형성된 얼음을 제거하기 위해 설계되었다. 이러한 시스템들은 날개의 앞전, 꼬리표면, 동정압 개구부, fuel tank vents, stall warning devices, windshields, 그리고 프로펠러 블레이드를 보호한다. 일부 항공기에는 ice detection lighting이 설치될 수 있으며 이는 야간 비행 도중 구조적 착빙의 정도를 결정하기 위한 장치이다.

(ATP: 비행 전 점검 도중 항공기 표면의 착빙[특히 맑은 착빙]을 탐지하는 것은 어렵다. 때문에 항공기 표면에 손전등을 비춘 다음 빛이 반사되는지 확인하는 것이 좋다. 빛이 반사된다면 표면에 착빙이 존재하는 것이다.)

대부분의 소형 항공기는 pitot tube만 가열되며 착빙 조건에서의 비행에 대해 증명되지 않는다. 이러한 소형 항공기는 늦가을, 겨울, 그리고 초봄의 서늘한 기후에서는 야외비행 능력이 제한된다. 착빙에 대해 증명되지 않은 항공기는 즉시 착빙 조건을 빠져나가야 한다. 자세한 내용은 AFM/POH를 참조한다.

Airfoil Anti-Ice and Deice

inflatable deicing boots는 에어포일 앞전에 접착된 고무 시트로 구성된다. 에어포일 앞전에 얼음이 쌓이면 engine-driven pneumatic pump가 rubber boots를 팽창시킨다. 터보프롭 항공기는 보통 엔진 bleed air를 날개로 보내서 rubber boots를 팽창시킨다. ruber boots가 팽창하면 얼음이 갈라지고 앞전에서 떨어져나간다. deicing boots는 조종실의 스위치로 제어되며 이는 한 번 작동하거나, 혹은 주기적으로 작동하도록 설정될 수 있다. [그림 7-48]

과거에는 착빙을 마주한 후에 boots를 너무 빨리 사용하면 얼음 층이 깨지지 않고 팽창하여 “bridging”이라 불리는 상태가 발생한다 믿었다. 따라서 차후에 deice boot를 사용하더라도 얼음 축적을 제거하는데 효과가 없을 것이라 여겨졌다. 현대의 boots를 사용한 후에도 residual ice가 일부 남을 수는 있지만 “bridging”은 발생하지 않는다. 조종사는 얼음이 쌓이는 것을 확인하는 즉시 boots 사용할 수 있다. deice boots의 작동 방법에 대한 정보는 AFM/POH를 참조한다.

※ residual ice - deicing system을 작동시킨 후 protected surface에 남아있는 얼음(출처: AIM 7-1-20)

(ATP: FAA는 착빙을 처음 발견하였을 때 deicing system을 작동시키도록 권장한다. pneumatic boot를 몇 번 사용한 후에도 일부 residual ice가 계속 남아있으므로 날개가 완전히 깨끗해지지는 않는다. residual ice의 양은 대기속도 및/혹은 온도가 감소함에 따라 증가한다. 이러한 조건들은 얼음 축적에 더 유리하기 때문이다. 소형 비행기의 전형적인 대기속도에서 얼음을 효과적으로 제거하기 위해선 boots를 여러 번 작동시켜야 할 수 있다.)

deicing boot systems는 boot가 올바르게 작동하는지 나타내기 위해 pneumatic pressure gauge와 suction gauge를 사용한다. 이러한 계기들에는 boot의 운영 한계를 나타내는 범위가 표시되어 있다. boot가 올바르게 작동하는지 나타내기 위해 annunciator light를 갖추는 시스템들도 있다.

이 시스템을 지속적으로 사용하기 위해선 deicing boots의 올바른 정비 및 관리가 중요하다. deicing boots는 비행 전에 면밀하게 점검되어야 한다.

또 다른 유형의 날개 앞전 보호 장치는 thermal anti-ice system이다. 열은 에어포일에 얼음이 쌓이는 것을 방지하는 가장 효과적인 방법 중 하나이다. 고성능 터빈 항공기는 보통 엔진 압축기로부터 앞전 표면을 향해 뜨거운 공기를 보낸다. 뜨거운 공기는 얼음 형성이 방지될 정도로 앞전 표면을 가열한다. ThermaWing이라 불리는 새로운 유형의 thermal anti-ice system은 전기로 가열되는 흑연 포일 래미네이트를 사용하며 이는 날개와 수평 안정판의 앞전에 적용된다. ThermaWing systems는 보통 두 가지 영역에 열을 제공한다. 하나는 앞전으로 이 영역에는 열이 끊임없이 제공된다. 이 뒤쪽에 있는 두 번째 영역에는 주기적으로 열이 제공되며 결국 공기역학적 힘이 얼음을 제거한다. 착빙 조건에 진입하기 전에 thermal anti-ice systems를 켜야 한다.

다른 유형의 앞전 보호 장치로 weeping wing이 있으며 이는 thermal anti-ice boots와 deicing boots처럼 일반적이지 않다. weeping-wing은 날개 앞전에 위치한 작은 구멍들을 통해 얼음의 형성 및 축적을 막는다. 부동액이 날개 앞전에 전달된 후 구멍을 통해 배출된다. weeping wing은 deicing도 수행할 수 있다. 앞전에 얼음이 축적되었을 때 부동액을 사용하면 얼음과 기체(airframe)의 결합이 화학적으로 분해되며 결국 공기역학적 힘이 얼음을 제거한다. [그림 7-49]

Windscreen Anti-Ice

windscreen anti-ice systems에는 크게 두 가지 형식이 있다. 첫 번째 시스템은 windscreen에 알코올을 분사한다. 이 시스템이 충분히 일찍 사용되면 windscreen에 얼음이 쌓이는 것이 방지된다. 알코올이 흐르는 속도는 조종실의 다이얼로 제어될 수 있으며 이는 항공기 제조업체가 권장하는 절차에 따라 이루어져야 한다.

또 다른 효율적인 anti-icing equipment로 electrical heating method가 있다. 작은 와이어나 그 외 전도성 물질이 windscreen 내에 박혀 있다. 조종실의 스위치를 통해 히터를 켜면 전류가 전선을 통해 windshield를 가로지른다. 이는 windscreen에 얼음이 형성되지 않도록 충분한 열을 제공한다. windscreen 가열은 비행 도중에만 사용되어야 한다. 지상 운영 도중에 windscreen이 가열되면 과열로 인해 windscreen이 손상될 수 있다. 경고: 전류로 인해 나침반 자차가 40도까지 발생할 수 있다.

Propeller Anti-Ice

프로펠러는 알코올이나 전기 가열 소자를 통해 착빙으로부터 보호된다. 일부 프로펠러는 discharge nozzle을 장착하며 이는 블레이드의 root 쪽으로 향한다. 노즐에서 분사된 알코올은 원심력으로 인해 블레이드의 앞전을 따라 이동한다. 알코올이 흐르는 것을 돕기 위해 boots에는 홈이 파여져 있다. 이는 프로펠러의 앞전에 얼음이 형성되는 것을 방지한다. 프로펠러에 propeller anti-ice boots가 장착될 수도 있다. propeller boot는 두 섹션(inboard section과 outboard section)으로 나뉜다. boots에는 전선이 내장되어 있으며 이는 프로펠러를 가열하기 위한 전류를 전달한다. prop anti-ice ammeter를 통해 prop anti-ice system이 올바르게 작동하는지 확인할 수 있다. 비행 전 점검 도중에 propeller boots가 올바르게 작동하는지 점검한다. 만약 boot가 하나의 블레이드를 가열하지 못한다면 불균등한 블레이드 부하로 인해 심각한 프로펠러 진동이 발생할 수 있다. [그림 7-50]

Other Anti-Ice and Deice Systems

pitot and static ports, fuel vents, stall-warning sensors, 그리고 그 외 옵션 장비가 전기 소자에 의해 가열될 수 있다. 전기 가열 시스템의 작동 상태 점검은 AFM/POH에 따라 수행되어야 한다.

착빙 조건에 진입하기 전에 anti-icing systems와 deicing systems의 작동 상태를 점검해야 한다. 구조적 착빙이 발생하였다면 즉각적인 조치가 필요하다. anti-icing 장비와 deicing 장비는 착빙 조건에서 장시간 비행하도록 설계된 것이 아니다.

Chapter Summary

모든 항공기는 비행을 지원하기 위한 필수 시스템을 필요로 한다. 여기에는 엔진, 프로펠러, 흡입 시스템, 점화 시스템, 연료 시스템, 윤활 시스템, 냉각 시스템, 전기 시스템, 착륙 기어 시스템, 그리고 환경 조절 시스템이 포함된다. 비행 중인 항공기의 시스템을 이해하는 것은 항공기의 안전한 운항과 올바른 정비에 매우 중요하다. 비행 중인 항공기와 관련된 특정 정보는 AFM/POH를 참조한다. 다양한 제조업체 웹사이트와 소유자 그룹 웹 사이트도 추가적인 정보의 출처가 될 수 있다.