항공기는 후진이 가능할까?

안녕하세요 Eric입니다. 날개쪽 좌석에 탑승을 하게 되면 비행기가 착륙하면서 엔진이 열리는 것을 보셨을 겁니다. 이것은 역추진 장치가 작동이 되는 것입니다. 이번에는 역추진장치 원리에 대해 알아보려고 합니다. 주행 방향과 반대로 가는 것을 리버스(Reverse)라고 합니다. 우리가 자동차 기어박스를 보면 후진을 할 수 있는데 여기서 R은 바로 Reverse Gears 에서 R만 따온 것입니다. Thrust는 추력 즉, 추진력을 의미합니다. 이 두 단어가 합쳐져 Thrust reverser라 불리는 역추진 장치가 엔진에 있습니다. 

1. Simple is best! Cascade 역추진장치

역추력장치 형태

역 추진에는 여러가지 형식이 있습니다. 캐스케이드(Cascade), 피보팅(Pivoting), 타깃(Target), 클램쉘(Clamshell) 등이 있습니다. 비행기에 따라 엔진의 종류와 크기가 다양하기 때문에 가장 적합한 형태의 역추진을 사용합니다. 이 중에서 가장 흔한 캐스케이드 형식을 알아보도록 하겠습니다. 캐스케이드 형식은 고 바이패스비 터보팬엔진에서 주로 사용하는 역추진 방식입니다. 작동 방법이 간단하고 견고하기 때문에 많이 사용됩니다. 고 바이패스 터보팬엔진에서 알아봤듯이 엔진에서 만들어내는 전체 추력의 약 80% 이상은 바이패스 에어로 만들어집니다. 이 바이패스 에어를 반대 방향으로 내뽑는다면 역추진이 가능한 것입니다. 조종사가 추력 조종간에 리버스(Reverse)를 작동시키면 유압 장치가 슬리브(sleeve)를 뒤로 미루고 동시에 차단문으로 바이패스 에어를 막습니다.

Fan airflow of cascade

차단문으로 인해 갈 곳 없는 바이패스 에어가 캐스케이드를 통해 빠져나갑니다. 캐스케이드 구멍은 공기가 분사될 방향을 일정하게 만들어 주고 여기서 분사된 공기는 비행기를 진행방향 반대로 밀게 됩니다. 비행기가 역추진을 사용하면 엔진에 검은 부분이 보이는데 이것이 바로 캐스케이드입니다

Cascade

참고로 캐스케이드의 사전적인 의미는 작은폭포 란 뜻이지만 격자로 구멍이 난 것을 캐스케이드라고도 합니다. 이런 구멍에 물을 붓는다면 작은폭포 같이 떨어지기 때문에 캐스케이드를 부르는 것입니다.

2. 능력이 있어도 사용제한이 있는 역 추진장치

추력 조절장치(Trust Lever)를 이용하여 역추진을 전개만 하면아이들(Idle)이라 하고 엔진의 출력을 증가시켜 추진을 최대로 하는 것을 Full reverse라 합니다. Full reveres는 엔진출력에 약 70% 정도 됩니다. 참고로 여기서 아이들(Idle)이란 말은 유효 상태로 자동차를 예를 들어 설명드리면 엑셀을 밟지 않은 상태, 다시 말해 최소의 힘으로 엔진을 구동하는 상태를 말합니다. 비행기가 지상 이동을 할 때 엔진출력을 유효상태 아이들(Idle)로만 두어도 비행기가 앞으로 전진할 정도로 엔진의 추진력은 강력합니다. 그래서 아이들만 사용한다 하더라도 아이들만큼의 출력을 추진으로 분사는 것이기 때문에 충분한 효과가 있는 것입니다. 보통 활주로가 충분히 길어 착륙 거리가 여유가 있을 경우 아이들만 사용합니다. 착륙 직후에 엄청난 엔진 소음을경험했을 텐데 바로 풀 리버스를 사용했기 때문이다.

Full Reverse

물론 풀 리버스를 사용하면 비행기 착륙 거리가 줄어들겠지만 위급한 착륙이 아닌 이상 소음이 엄청나게 때문에 소음에 민감한 공항에선 풀 리버스 사용이 제한될 수 있습니다. 이러한 경우 아이들만 사용하는 것이 좋고 또한 기종에 따라 소리로 인한 사용 제한보다 안전상 속도 때문에 제한이 있습니다. Full reverse를 사용하면 활주로에 있던 돌이나 쇠 조각 같은 이물질들이 앞으로 날아가게 됩니다. 비행기 속도가 일정 이상 가게 되면 날아오른 이물질들이 엔진 앞으로 날아들어가게 되고 이것이 엔진으로 들어가 손상될 수도 있습니다.

FOD

이렇게 이물질로 피해를 입는 것을 FOD(Foreign Object Dagmage)라고 하는데 이것을 막기 위해 Airbus 비행기의 경우 70노트까지 사용하는 제한 사항이 있습니다. 70 노트는 약 시속 100km로 꽤 빠른 속도 같이 느껴지지만 비행기에선 이 정도만 줄여도 브레이크나 다른 장치들로 충분한 감속을 할 수 있습니다. 일원적으로 역추진을 이용해 후진을 할 수 있습니다. 하지만 이러한 방식으로 후진을 하지는 않습니다. 여러 이유가 있지만 두 개만 꼽자면 첫째는 연료소모가 심하고 둘째는 위험하기 때문입니다. 모든 역추진 방식은 분사 방향이 180도가 아닌 사선으로 분사됩니다. 정반대가 아니기 때문에 상당히 비효율적입니다. 캐스케이드 방식만 보더라도 엔진 코어에서 만들어내는 제트는 그대로 뒤로 품어내고 바이패스 에어가 사선으로 역분사 되는 구조입니다.

역 추진 분사방향

때문에 비행기를 후진시키려면 엔진의 출력을 상당히 높여야 하고 그만큼 연료소모가 심해지겠되는 것입니다. 위험한 이유는 앞서 말씀드린 FOD로 인한 피해가 생길 수도 있고 또한 엔진출력을 높이는 과정에서 주변에 사람이나 물체에 피해를 줄 수 있기 때문입니다. 

비행기는 게이트에서 빠져나올 때 딱 한 번 후진이 필요한데 이 경원 터그(Tug) 혹은 토잉카(Towing car)라 불리는 차량이 비행기를 뒤로 밀어줍니다.

Towing car

비행기 스스로 후진할 수 있도록 만들 수도 있겠지만 그런 장비를 만들게 되면 비행기 부피가 증가하고 비용도 증가합니다. 그리고 토잉카가 공항마다 준비되어 있기 때문에 굳이 이런 장비를 비행기에 장착할 이유는 없는 것입니다. 실제로 reverse를 이용해 후진을 하는 경우가 가끔 있습니다. 이것을 파워백이라고 하는데 주로 작은 제트기나 소형 항공기에서 사용합니다.