ATA 21 - 기내환경 (ACS)

 

항공기 기내를 사람이 활동하기 적합한 상태로 만들고 모든 곳을 안락한 기내 환경을 만들기 위한 계통입니다. 항공기의 운항은 지상에서와 다르게 저온, 저압, 고속의 상태에서 이루어지기 때문에 승객과 화물을 목적지까지 안전하게 운송하기 위해서는 기내 환경 조절 계통이 필수적입니다.

 

비행 고도에 따라 승객과 승무원을 안락하게 하기 위해 객실온도는 히팅 또는 쿨링장치를 갖추어 적절히 유지해야 하고 항공기의 고고도 비행의 적절한 환경 유지를 위해 여압 계통도 구비돼야 합니다. 현대 항공기는 많은 전기 전자 장비를 갖추고 있는데 이 장비들이 작동 중 발생시키는 열 또한 기내환경 시스템을 이용해서 제거되어야 합니다.

 

-AIR CONDITIONING SYSTEM

 

승객, 승무원, 카고에 지상에서와 비슷한 기내 환경을 제공해 주는 것입니다. 대표적인 계통으로 기내 공기 온도를 측정해서 설정한 온도와 비교 후 만약 온도가 설정한 온도와 일치하지 않으면 히터나 쿨러를 작동시켜 객실 내 일정한 온도가 유지되도록 하는 것입니다.

 

1. 냉각용 공기 공급

지상 또는 모든 고도에서 기내에 쾌적한 환경을 유지시키기 위한 장치입니다. 기내에는 지상에서와 비슷한 적절한 온도와 습기를 가진 공기가 공급됩니다. 냉각 공기를 공급하는 계통으로 AIR CYCLE MACHINE이 대표적인 형식입니다.

 

● AIR CYCLE MACHINE - 터빈 항공기는 객실과 조종실에 유입되는 공기의 온도조절을 위해 ACM을 이용하고 있습니다. 과거에도 사용을 했지만 용적이 크고 효율도 좋지 않기 때문에 VCM을 많이 사용했지만 소형으로 성능이 좋은 터보 압축기나 팽창터빈이 개발되어 용도에 따라 냉각 능력이 높아지고 중량, 용적을 경감할 수 있세 되었습니다. 공기로 매체로 하기 때문에 안전성이 높고 구조가 단순하며 고장이 적고 경제적이기에 현대 항공기에 널리 사용하고 있습니다.

 

● ACM의 원리 -  가스에 의한 냉각원리는 간단합니다. 공기가 압축되면 온도가 상승하고 팽창되면 가스의 온도는 떨어지게 됩니다. 실린더를 공디 압축기에 연결하고 압축공기를 실린더에 밀어 넣으면 실린더의 온도는 가압된 공기의 압력에 비례해 상승합니다. 실린더에 고압 공기를 가득 채우고 외부 온도까지 차게 하면 실린더의 내압은 온도가 내려감에 따라 다소 떨어집니다. 이때 밸브를 열고 실린더로부터 공기를 방출하면 방출 공기의 온도는 외기 압력까지 내려가 팽창하고 외부 온도는 훨씬 떨어집니다. 이때 기온이 내려간 공기를 냉각 작용에 이용합니다.

이 계통에서 공기는 연속적으로 압축되고 이것이 램에어가 통하는 열 교환기에 의해 냉각되고 팽창 터빈을 통해 감압됩니다. 팽창 터빈에서 나온 공기는  저압, 저온의 상태입니다. 냉각된 공기는 원하는 객실온도와 필요한 양으로 조절되어 객실로 유입되고 공기로 냉각되는 터빈 압축기 장치를 ACM이라 부릅니다. ACM의 압축기와 팽창 터빈은 완전 반대작용을 하고 있고 압축기는 외부에서 동력에 의한 공기를 압축하지만 터빈은 고압 공기가 팽창할 때 동력을 발생합니다.

 

● ACM 작동원리 - 터빈 엔진의 압축기에 추출된 고온의 압축공기는 SHUTOFF VALAE에 의해 공기의 흐름이 조절되어 1차 열 교환기로 들어갑니다. 냉각된 공기는 압축기에 의해 가압된 공기는 2차 열 교환기에서 다시 냉각되어 터빈을 지나 팽창됩니다. 터빈을 지나 냉각된 공기는 수분을 포함하고 있어 수분분리기에 의해 분리됩니다. 압축비율과 팽창비율이 크면 클수록 냉각 공기의 온도는 더욱 내려갑니다. 터빈 바이패스 밸브의 역할은 터빈을 지나는 공기의 프름을 조절하여 냉각공기의 온도를 조절하는 열 교환기를 냉각하는 램 에어 흡입 도어에 들어가 1차, 2차 열 교환기를 통과한 뒤 항공기밖으로 방출됩니다. 팬은 항공기가 지상에 있을 때 램 에어계통을 통해 열 교환기 전에 분사하여 냉각 효과를 높입니다. 이때 수분 분리기를 통해 나온 냉각 공기는 배관망을 통해 실내에 분배됩니다.

 

● 난방용 공기 공급과 공기 분리기

냉각용 공기 공급 계통은 공압원으로부터 고온, 고압의 공기가 ACM의 열 교환기를 거치면서 팽창, 냉각되어 기내로 공급되고 있음을 알 수 있습니다. 이때 차가운 공기만으로는 기내의 환경을 적절 온도로 유지시킬 수 없어 냉각된 공기를 공압원으로부터 뜨거운 공기와 적절히 혼합하여 기내로 보내 기내를 적정 온도로 조절하게 됩니다.

 

●  온도조절시스템

기내 환경에 따라 온도 및 공기 흐름을 자동적으로 조절합니다. 온도조절시스템은 ZONE TEMPERATURE CONTROLLER와 PACK TEMPERATURE CONTROLLER를 갖추고 있습니다.

 

● ZONE TEMPERATURE CONTROLLER - 희망온도가 선택되면 PTC와 트림 에어 밸브로 시그널을 주고 해당 ZOON과 센서로부터 픽업된 데이터를 바탕으로 적정 온도를 조절하게 됩니다. 마스터 온도 선택기와 캐빈 온도 선택기로부터 신호를 받으며 마스터 온도 선택기는 AUTO 혹은 ALTN로 작동할 수 있고 캐빈 온도 선택기는 AUTO 혹은 MAN로 작동시킬 수 있습니다.

 

●조절 선택 패널 - 조종석 패널의 팩 컨트롤 스위치를 통해 세 개의 팩 밸브를 컨트롤하게 되고 아이솔레이션 밸브를 통해 각 팩 간에 공기의 크로스도 조절 가능합니다. 그 외 조종실과 객실의 온도, 트림 에어 컨트롤도 이루어지고 있습니다.

 

●지시 - EICAS CRT에서 ESC관련 지시를 알 수 있습니다. 화면 선택 스위치를 ECS로 선택하면 ELCAS CRT에 ECS와 관련된 데이터들이 표시됩니다.