임계 엔진

Critical engine

다중 엔진 고정익 항공기의 중요한 엔진은 고장이 발생할 경우 항공기의 성능이나 취급 능력에 가장 부정적인 영향을 미치는 엔진이다. 프로펠러 항공기의 경우 P-인자로 인해 모든 프로펠러가 동일한 방향으로 회전할 때 왼쪽 또는 오른쪽(아웃보드) 엔진의 고장 후 남은 요잉 모멘트에 차이가 있다. 터보제트와 터보팬 트윈엔진 항공기의 경우 보통 바람 없는 조건에서 좌우 엔진 고장 후 요잉 모멘트 사이에 차이가 없다.

설명

일반적인 다중 엔진 항공기의 엔진 중 하나가 작동하지 않게 되면, 항공기의 작동자와 작동하지 않는 측면 사이에 추력 불균형이 존재한다. 이러한 추력 불균형은 한 엔진의 추력 손실 외에도 여러 가지 부정적인 영향을 끼친다. 꼬리 설계 엔지니어는 연방 항공국(Federal Aviation Administration)과 유럽 항공 안전국이 설정한 것과 같이 엔진 고장 후 항공기의 제어 및 성능에 대한 규제 요건을 준수하는 수직 안정화 장치의 크기를 결정할 책임이 있다.[1][2] 실험 시험 파일럿과 비행 시험 엔지니어는 비행 시험을 사용하여 어떤 엔진이 중요한 엔진인지 결정한다.

엔진 중요도에 영향을 미치는 요인

비대칭요

엔진 하나가 고장 나면 요잉 모멘트가 발달하는데, 이 모멘트는 고장 난 엔진을 운반하는 날개 쪽으로 회전하는 경향이 있는 항공기에 회전력을 가한다. 각 날개에서 리프트의 비대칭으로 인해 롤링 모멘트가 발생할 수 있으며, 운용 엔진을 가진 날개에 의해 더 큰 리프트가 발생할 수 있다. 요잉과 롤링 모멘트는 고장 난 엔진을 향해 항공기를 흔들고 굴리는 경향이 있는 회전력을 가한다. 이러한 경향은 조종사가 방향타 및 에일러론을 포함한 비행 제어를 사용함으로써 반작용한다. P-요인 때문에, 오른쪽 날개에 시계방향으로 회전하는 우측 프로펠러는 일반적으로 시계방향으로 회전하는 좌측 프로펠러보다 항공기의 무게중심에서 측면 거리가 더 큰 결과적인 추력 벡터를 개발한다(그림 1). 좌측 엔진의 고장은 작동 중인 우측 엔진에 의해 좌우이동 모멘트가 더 커지게 되며, 그 반대의 경우도 마찬가지일 것이다. 우측 엔진 작동은 요잉 모멘트를 더 크게 만들기 때문에 조종사는 항공기의 제어를 유지하기 위해 비행 제어기의 더 큰 편향 또는 더 높은 속도를 사용해야 한다. 따라서 좌측 엔진의 고장은 우측 엔진의 고장보다 충격이 크며, 좌측 엔진을 임계 엔진이라고 한다. 드 하빌랜드 도브와 같이 시계 반대 방향으로 회전하는 프로펠러가 장착된 항공기에서는 오른쪽 엔진이 중요한 엔진이 될 것이다.

역회전 프로펠러를 장착한 대부분의 항공기는 위의 메커니즘에 의해 정의된 임계 엔진을 가지고 있지 않다. 왜냐하면 두 개의 프로펠러는 호 상단으로부터 안쪽으로 회전하도록 만들어졌기 때문이다. 두 엔진 모두 중요하다. 록히드 P-38 라이트닝과 같은 일부 항공기는 의도적으로 아크 상단에서 바깥쪽으로 회전하는 프로펠러를 장착해 다운워시라고 알려진 하향식 기류를 중앙 수평 안정화장치에서 줄여 항공기로부터 총격을 쉽게 할 수 있다. 이 엔진들은 둘 다 중요하지만, 안쪽으로 회전하는 프로펠러보다 더 중요하다.[3]

세스나 337과 같이 푸시 풀 구성의 프로펠러가 있는 항공기는 한 엔진의 고장이 다른 엔진의 고장보다 항공기 제어 또는 상승 성능에 더 큰 부정적인 영향을 미치는 경우 중요한 엔진을 가질 수 있다. 푸시 풀 구성에서 프로펠러가 장착된 항공기에서 중요한 엔진의 고장은 일반적으로 큰 요잉 또는 롤링 모멘트를 생성하지 않는다.

그림 1. 시계방향으로 회전하는 프로펠러( 조종사가 보는 바와 같이)를 사용하는 우측 엔진은 죽은 엔진 쪽으로 더 심한 요 모멘트를 생성하므로 좌측 엔진의 고장이 매우 중요하다.

최소 제어 속도에 대한 중요 엔진의 영향

내공성을 명시한 표준과 인증서는 제조자가 임계 엔진의 고장 후 조종사가 항공기에 대한 제어권을 유지할 수 있는 최소 제어 속도MC(V)를 결정하고 이 속도를 제한에 관한 항공기 비행 매뉴얼 섹션에 발표하도록 요구한다.[1][2] 항공기의 발행된 최소 제어 속도(VsMC)는 임계 엔진이 고장나거나 작동하지 않을 때 측정되므로, 중요 엔진 고장의 영향은 발행된 Vs에MC 포함된다. 다른 엔진 중 하나라도 고장나거나 작동하지 않을 경우 조종사가 비행 중에 경험하는 실제MC V는 약간 낮아져 안전하지만 이 차이는 설명서에 기록되지 않는다. 임계 엔진은 항공기의 Vs에MC 영향을 미치는 요인 중 하나이다. 공개된 Vs는MC 어느 엔진에 고장이 나거나 작동하지 않는지에 관계없이 안전하며, 조종사들은 안전하게 비행하기 위해 어떤 엔진이 중요한지 알 필요가 없다. 임계 엔진은 꼬리 설계와 비행 중 Vs를MC 측정하는 실험 시험 조종사의 목적을 위해 항공 규정에 정의된다. 뱅크 앵글과 스러스트와 같은 다른 요인은 Vs에MC 중요한 엔진과 중요하지 않은 엔진의 차이보다 훨씬 더 큰 영향을 미친다.

에어버스 A400M은 양 날개에 역회전 프로펠러를 장착했기 때문에 비정형 디자인을 하고 있다. 날개의 프로펠러는 서로 반대 방향으로 회전한다. 프로펠러는 호 위에서 서로 아래로 회전한다. 날개 위의 두 엔진이 모두 작동한다면, 공격 각도가 증가하는 추력 벡터의 이동은 항상 같은 날개의 다른 엔진을 향한다. 그 효과는 두 엔진이 모두 작동하는 한 비행기의 공격 각도가 증가함에 따라 두 엔진의 동일한 날개에 대한 결과적인 추력 벡터가 이동하지 않는다는 것이다. 전체 P-요인은 없으며, 선외기 엔진(즉, 엔진 1 또는 4)의 고장은 공격 각도가 증가하는 나머지 추력 요잉 모멘트의 크기와 좌우 방향으로만 차이가 없다. 항공기 제어에 필요할 수 있는 부스팅 시스템이 선외기 엔진 중 하나에만 설치되지 않는 한, 이륙 중(VMC)과 비행 중(VMCA) 중 어느 한쪽의 고장 후(V) 중 최소 제어 속도는 동일하다. 두 개의 선외기 엔진 모두 매우 중요할 것이다.

그림 2. A400M, 각 윙의 역회전 프로펠러, 엔진 고장 후 가장 중요한 요잉 모멘트

그림 2와 같이 엔진 1과 같이 선외기 엔진이 고장 나면 해당 날개에 남아 있는 추력 벡터의 모멘트 암이 엔진 사이에서 나머지 인보드 엔진의 약간 바깥쪽으로 이동한다. 벡터 자체는 반대 추력벡터의 50%이다. 그 결과 발생하는 추력 요잉 모멘트는 이 경우 기존의 프로펠러 회전보다 훨씬 작다. 비대칭 추력을 상쇄하기 위한 최대 방향타 요 모멘트는 더 작을 수 있고, 결과적으로 수직 꼬리의 크기가 더 작을 수 있다. 8번 블레이드의 17.5피트(5.33m) 직경의 드래그 프로펠러의 깃털 시스템은 추진 시스템 오작동에 따른 프로펠러 드래그 최저 항력을 보장하기 위해 자동적이고 매우 빠르고 고장이 없어야 한다. 그렇지 않을 경우, 선외기 엔진의 페더링 시스템의 고장으로 프로펠러 드래그가 증가하며, 이는 추력 요잉 모멘트를 상당히 향상시켜 실제 V를MC(A) 증가시킨다. 작은 수직 꼬리와 방향타만으로 발생하는 제어력은 작은 설계에 의해 낮다. 반대편 엔진의 추력을 빠르게 감소시키거나 비행 속도를 높여야만 깃털이 달린 시스템의 고장 후에도 직진 비행을 유지하는 데 필요한 제어력을 회복할 수 있다. 이 비행기의 깃털 시스템을 설계하고 승인하는 것은 설계 엔지니어와 인증 기관에게 어려운 일이다.

엔진이 매우 강력한 비행기에서 비대칭 추력 문제는 자동 추력 비대칭 보상을 적용하면 해결되지만 이는 이륙 성능에 영향을 미친다.

제거

루탄 부메랑(Rutan Buramen)은 출력량이 약간 다른 엔진을 탑재해 두 엔진 중 어느 한쪽이 고장 났을 때 비대칭 추력의 위험을 제거하는 항공기를 생산하도록 설계된 비대칭 항공기다.[citation needed]

참조

  1. ^ a b Federal Aviation Administration, USA. "Federal Aviation Regulations (FAR)". Title 14, Part 23 and Part 25, § 149. Archived from the original on 2012-09-22. Retrieved Oct 28, 2013.
  2. ^ a b European Aviation Safety Agency. "Certification Specifications (CS)". CS-23 and CS-25, § 149. Retrieved Oct 28, 2013.
  3. ^ Garrison, Peter (February 2005). "P Factor, Torque and the Critical Engine". Flying. 132 (2): 99. ISSN 0015-4806.

외부 링크