항공기 뒤에 있는 구멍은 무엇인가?

지상에 있는 비행기를 보면 뒤쪽에 구멍이 나 있고 거기에서 뜨거운 공기가 나와 아지랑이 같이 아른거리는 것을 보셨을 겁니다. 이것은 도대체 무엇일까요? 이 정체에 대해 알아보겠습니다.

APU 위치

1. 보조동력장치(숨겨진 심장)

이것의 정체는 보조 동력장치 영어로는 Auxiliary Power Unit, APU라고 합니다. APU는 작은 제트엔진입니다. 하지만 비행기 날개 부착된 엔진과는 달리 APU는 추진력을 생성하지는 않습니다. APU는 지상에서 많이 쓰이는데 보통 날개에 부착된 엔진의 시동이 완료될 때까지 사용합니다. APU는 두 가지의 중요한 역할을 하는데 첫째는 발전기를 통한 전기 생성, 둘째는 APU 블리드(Bleed)라는 공기를 생성합니다.

APU의 역할

2. 전기 생산

먼저 전기 생성을 알아보겠습니다. APU는 발전기 APU 제너레이터를 통해 전기를 생성합니다. APU가 생성하는 전기의 양은 기내 모든 장비들이 구동 할만큼 충분한 양입니다. 조종석의 여러 계기와 장비, 객실 승무원이 사용하는 객실 안전장치 및 통신장치 등을 구동하는데 쓰이고 또한 승객이 좌석에 앉아 영화를 볼 수 있게 해주는 엔터테인먼트 시스템까지 모두 APU 전기를 사용합니다. APU 전기는 엔진 시동이 완료될 때까지 사용되는데 보통 두 번째 엔진 시동이 완료되면 엔진에서 만들어내는 전기로 기내 전체에 공급하게 됩니다.

3. 공기 공급

APU 블리드는 객실의 공기 공급과 엔진 시동에 사용됩니다. 제트엔진의 압축기에서 공기를 일정량 때어내 필요한 곳에 쓰이기도 하는데 이러한 공기를 바로 블리드에어(Bleed air)라 부릅니다.

Bleed Air 순환

통상 엔진에서 만들어내는 블리드 에어를 그냥 블리드 에어라 부르고 APU가 만들어내는 블리드 에어는 블리드 앞에 APU를 붙여 APU 블리드 에어라 합니다.압축기에서 막 빼낸 APU 블리드는 고온 고압의 상태라 이대로 바로 기내 공급 하기엔 너무 뜨겁습니다. 이 뜨거운 공기는 팩(PACK) 시스템으로 들어가 온도가 조절되고 에어컨의 형태로 기내 공급됩니다. 팩 시스템에 대한 내용은 차후에 알아보도록 하겠습니다. 기내 공기 공급 외에 APU 블리드는 엔진시동을 걸 때 사용됩니다. 비행기를 타고 있다면 엔진 시동 중에 에어컨 소리가 줄어들어 기회가 조용해지고 그다음 엔진 시동이 걸리는 것을 경험했을 겁니다. 이런 현상이 일어나는 이유는 APU 블리드가 팩으로 공급되지 않고 엔진 시동을 걸기 위해 모든 APU 블리드가 엔진의 고압압축기로 공급되기 때문입니다. APU 블리드가 고압축 비 블레이드(Blad)를 바람개비처럼 돌리게 되고 블레이드가 돌아가면서 엔진 구동축과 함께 돌아가게 됩니다. 구동축이 어느 정도 속도를 갖게 되면 엔진 연소실에 연료가 공급되면서 점화가 일어나고 엔진 시동이 걸리게 됩니다.

4. APU 사용 이유

APU는 보통 큰 비행기에 장착되어 있습니다. APU를 사용하는 이유는 여러 가지가 있는데 대표적인 이유 세 가지를 알아보겠습니다. 큰 비행기는 승객의 탑승부터 연료주유, 정비 등 시간이 많이 필요하기 때문에 비행 전 지상에 꽤 오랜 시간 준비를 하며 머물게 됩니다. 엔진을 구동하여 전기와 블리드를 생성할 수 있겠지만 엔진의 크기가 워낙 크기 때문에 연료가 매우 많이 들어가게 됩니다. 따라서 APU와 같이 작은 엔진으로 하는 것이 당연히 효율적입니다. 엔진이 구동되는 동안 엔진 근처는 매우 위험하며 주변의 이물질들이 엔진으로 빨려 들어가 엔진에 손상을 줄 확률이 높습니다. 특히 지상에서는 여러 작업이 비행기 근처에서 이루어지기 때문에 더 위험합니다.

이륙 준비과정

따라서 엔진을 끄고 APU를 가동하는 편이 훨씬 안전합니다. APU를 사용하면 엔진을 가볍고 그리고 주엔진보다 비교적 간단한 구조로 만들 수 있습니다. 만약 엔진 시동을 위해 전기모터를 사용한다면 크기가 큰 엔진은 그 크기에 맞는 큰 전기모터가 필요하게 됩니다. 이 전기모터는 오로지 시동을 걸 때 사용되는 모터인데 시동이 걸리고 난 후에는 필요가 없게 됩니다. 모터를 달고 다니게 되면 무게가 증가하여 연료 소모도 증가하고 끊임없는 정비를 해 줘야 되기 때문에 정비 비용도 덩달아 오르게 됩니다.

크기가 작은 보조엔진

따라서 APU를 사용하는 것이 더 경제적이고 효율적입니다. 경비행기나 비즈니스 잭 같은 작은 제트기 경우 별도의 APU가 없습니다. 왜냐하면 비행기 자체가 자가로 사용하는 전기가 적을뿐더러 승객의 탑승 시간도 짧기 때문입니다. 엔진이 작기 때문에 엔진 자체적으로 갖고 있는 비교적 작은 전기모터로 시동을 걸고 동시에 시동이 걸리는 다음에는 이 모터가 역으로 전기를 생성하는 방식을 갖습니다. 시동과 발전기의 역할을 겸비한 이런 장비를 스타터 제너레이터라 합니다.

5. APU 작동원리

엔진의 시동은 블리드로 이루어지는 것을 알겠는데 APU자체 시동은 도대체 어떻게 하는 것일까요? 우선 APU의 공기가 들어갈 수 있도록 APU 플랩이 열립니다. APU는 보통 전기모터로 시동을 걸게 되는데 배터리 혹은 외부 전원으로 구동하게 됩니다. 전기모터가 APU 구동축을 돌립니다. APU는 기어가 따로 있지 않고 충분한 속도로 돌게 되면 연료가 공급되고 점화되어 제트 엔진의 행정이 이루어집니다.

APU 구조

배기 가스는 배출구를 통해 배출되는데 이것이 바로 비행기 꼬리 부분에 있는 구멍에 해당합니다. 즉 우리가 보는 아지랑이 같은 것은 APU 배기가스입니다. APU는 연료탱크는 따로 있지 않고 비행기의 연료탱크를 공유하였습니다. 실제 비행 혹은 비행 시뮬레이션 등을 통해 이륙하고 연료량을 확인해 보면 왼쪽 탱크에 연료가 오른쪽보다 더 적은 것을 알 수 있습니다. 이유는 APU는 왼쪽 연료탱크에서 연료를 끌어다 쓰기 때문입니다.

항공기 방구

6. APU 고장시

APU는 종종 고장 날 수 있습니다. APU가 고장 나면 여러 장비들이 APU를 대신하게 됩니다. APU는 고장난 부분에 따라 필요한 장비들이 달라집니다. APU 발전기가 고장 난 경우는 GPU(Ground Power Unit)이 외부에서 전력을 생산해 기내로
공급해줍니다. APU 블레이드가 고장난 경우엔 ACU(Air Condition Unit)으로 기내 에어컨 공기를 공급합니다. 엔진 시동에 필요한 블리드는 ASU(Air Start Unit)으로 압축공기를 만들어 시동을 겁니다. ASU는 보통 첫 번째 엔진 시동에 많이 쓰이고 두 번째 엔진 시동엔 쓰이지 않습니다. 왜냐하면 ASU 대신 처음 시동을 건 엔진의 블리드를 이용하기 때문입니다. 이 엔진끼리 주고받을 수 있는 블리드를 크로스 블리드(Cross Bleed)라고 합니다.

블리드 에어 공유

그리고 APU가 고장 난 비행기가 게이트에 들어서게 되면 외부 전원이 연결될 때까지 엔진이 가동되어야만 합니다. 왜냐하면 외부 전원이 연결되기 전에 모든 엔진을 끄게 되면 전기가 없어 기내가 칠흑 같이 어둡게 됩니다. 그래서 비행기가 멈추고 외부 전원을 연결할 때까지 엔진을 가동하게 되는데 이것은 짧게 2분 안에 해결됩니다.