항공기 기내 환경 조절 계통, 공압 시스템

기내 환경 조절 계통

항공기 기내를 인간의 거주에 적합한 상태로 하고 모든 안락한 기내 환경을 만들기 위한 항공기 시스템입니다. 항공기의 운항은 지상과는 다르게 엄청난 저온과 저압 그리고 고속의 상태에서 이루어지기 때문에 이러한 조건 하에서 승객과 화물을 목적지까지 안전하게 운송하기 위해거는 기내 환경 조절 계통이 더욱  필수적이라고 할 수 있습니다. 항공기 형식과 비행고도에 따라 승객과 승무원을 안락하게 운송하기 위해 객실온도도 히팅과 쿨링 장치를 갖추어 적절히 유지해야 하고 항공기의 고고도 비행의 적절한 환경 유지를 위해 여압 계통이 더 구비돼야 합니다. 현대의 항공기는 수많은 전기  전자 장비를 갖추고 있으므로 이 장비들이 작동 중 발생시키는 열 또한 기내 환경 조절 게통을 이용하여 제거되어야 합니다. 

 

이 계통을 들어가기 전 간략하게 설명해 보자면 엔진과 APU에서 뽑은 공기는 공압시스템에 쓰이게 되고 크게 두 가지로 사용됩니다. 하나는 물탱크 여압과 안티 아이싱과 같은 여러 계통에 쓰이고 다른 하나는 기내환경 조절에 쓰이고 공기조화, 장비쿨링, 카고 히팅, 여압, 환기 등으로 사용됩니다.

공압 시스템

고압 시스템의 주요한 기능은 승객과 승무워 및 카고 시스템에 지상과 비슷한 기내 환경을 제공해 주는 것입니다. 대표적인 게 통으로 기내 공기 온도를 측정해 설정한 온도와 비교하여 만약에 설정한 온도와 일치하지 않으면 히터와 쿨러를 작동시켜 객실 내가 일정한 온도가 유지되도록 하는 것입니다. 

 

냉각 공기 공급

냉각 공기 계통은 지상 또는 모든 고도에서 기내에 쾌적한 환경을 유지시키기 위한 장치입니다. 이 계통에 의해 기내는 지상과 비슷한 적절한 온도와 습기를 가진 공기가 공급되게 됩니다. 냉각 공기를 공급하는 계통으로써 몇 가지 종류가 사용되고 있지만 여기서는 대형화된 현대 항공기에 재표적인 형식은 ACM입니다. 

 

현대의 대형 터빈 항공기는 객실 및 조종실로 유입되는 공기의 온도 조절을 위해서 ACM을 이용하고 있습니다. 이미 80년 전에 실용화되어 있지만 용적이 크고 효율성이 좋지 않았기에 VCM에 밀려나게 되었습니다. 하지만 최근 소형을 성능이 좋은 터보 압축기나 팽창 터빈이 개발되어 용도에 따라 VCM보다도 냉각 능력으로 비교할 때 중량, 용적을 경감할 수 있게 되었습니다. 또한 공기를 매체로 하기 때문에 안전성이 높고 구조가 단순해 고장이 적고 경제적이어서 현대 항고기에 널리 사용하고 있습니다.

 

가스에 의한 냉각원리는 단순합니다. 가스가 압축되면 온도가 상승하고 팽창되면 가스의 온도가 떨어집니다. 실린더를 공기 압축기에 연결하고 압축 공기를 실린더에 밀어 넣으면 실린더의 온도는 가압된 공기의 압력에 비례해 상승합니다. 실린더 안네 고압 공기를 가득 채우고 외기 온도까지 차게 하면 실린더의 내압은 온도가 내려감에 따라 다소 떨어집니다. 이때 밸브를 열고 실린더로 부처 공기를 방출하면 방출공기의 온도는 외기 압력까지 내려감에 따라 팽창하고 외기 온도보다도 훨씬 떨어집니다. 이때 이 기온이 내려간 공기를 냉각 작용에 이용합니다.

 

이계통에서 공기는 연속적으로 압축되고 이것이 램에어가 통하는 열 교환기에 의해 냉각되며 팽창터빈을 통해 감압됩니다. 팽창 터빈에서 나온 공기는 저압, 저온의 상태입니다. 냉각된 공기는 원하는 객실온도와 필요한 양으로 조절되어 객실 쪽으로 유입되며 이처럼 공기로 냉각되는 터빈 압축기 장치를 ACM이라고 불립니다. 한 가지 특이한 점은 ACM의 압축기와 팽창 터빈은 완전히 정반대의 작용을 하고 있습니다. 압축기는 외부에서의 동력에 의한 공기를 압축하는 반면 터빈은 고압 공기가 팽창할 때 동력을 발생하므로 압축기를 회전시킬 수 있습니다.

 

터빈 엔진의 압축기에 추출된 고온의 압축공기는 SHUYOFF VALVE에 의해 공기의 흐름이 조절되며 1차 열 교환기로 들어갑니다. 이곳에서 냉각된 공기는 압축기에 의해 가압이 되고 2차 열 교환기에 다시 냉각이 되어 터빈을 지나며 팽창하게 됩니다. 터빈을 시나 냉각된 공기는 수분을 포함하고 있으므로 수분 분리기를 거칩니다. 압축비율과 팽창비율이 커질수록 냉각 공기의 온도는 더 내려갑니다. 터빈 바이패스 밸브의 역할은 터빈을 지나는 공기의 흐름음 조절함으로써 냉각공기의 온도룰 조절하는 열 교환기를 냉각하는 공기는 램 에어 이넷 도어로 들어가 열 교환기를 통과한 후 항공기 밖으로 방출됩니다.  팬은 항공기가 그라운드에 있을 때 램 에어 계통을 통해 열 교환기를 거쳐 냉각공기를 제공합니다. 수분 분리기에서 분리된 물은 수분 흡인기에서 기화시켜 열 교환기 전에 분바 함으로써 냉각 효과를 높입니다. 수분 분리기를 나온 냉각 공기는 배관망을 통해 실내에 분배됩니다. 

 

이 계통의 구성으로는 RAM AIR INLET DOOR, HEAT EXCHANGER, WATER separator, TURBIN BYPASS VALVE, PACK VALVE, RAM AIR EXIT DOOR가 있습니다. RAM AIR INLET DOOR는 열 교환을 위한 입구이며 동체 하부에 위치해 있습니다. 액추에이터가 작동하여 도어가 열리고 외부의 공기가 항공기의 상대속도에 의해 유입되게 하며 열 교환기를 거친 후 RAM AIR EXIT DOOR를 통해 나갑니다. HEAT EXCHANGER는 램 에어를 통해 유입된 차가운 공기와 팩 밸브를 통해 유입된 고온, 고압의 공기가 만나 열 교환이 이루어지는 곳입니다. WATER separator는 터빈을 지나 팽창되며 냉각된 공기는 수분을 포함하고 있어 이 장치를 거침으로 냉각 공기로부터 수분이 분리됩니다. 분리된 수분은 흡인기에 기화시켜 열 교환기 전에 노즐을 통해 분사시켜 냉각 효과를 높입니다. TURBIN BYPASS VALVE는  2차 열 교환기를 거친 공기가 터빈으로 진입하기 전 터빈 쪽으로 향하는 덕트와 병렬되게 하나 더 두어 밸브를 설치합니다. 터빈을 통과하는 공기량을 간접적으로 조절하여 냉각 온도 조절이 가능한 밸브입니다. PACK VALVE는 공기의 흐름과 차단을 도와주는 밸브입니다.