비행기 엔진 교과서

비행기 엔진 교과서 - 제트 여객기를 움직이는 터보팬 엔진의 구조와 과학 원리 ㅣ 지적생활자를 위한 교과서 시리즈 12
나카무라 간지 지음, 신찬 옮김, 김영남 감수 / 보누스 / 2017년 6월

사는 곳에 경북 항공고등학교가 있다. 2007년에 풍기 공고에서 명칭이 바뀐 학교이며, 일반고등학교보다 더 높은 경쟁률을 자랑한다. 경북 항공고등학교에서는 항공정비사 자격증을 취득할 수 있으며, 수준높은 교육과 국가 지원 속에서 수업이 진행된다. 비행기에 관심을 가지게 된 건 경북 항공 고등학교가 지역에 있다는 점과 군사용 비상활주로가 있어서, 북한과 긴장 사태였던 몇년전 이곳에서 실전용 전투기가 뜨고 내리는 걸 본 적이 있어서였다.


1903년 라이트 형제에 의해서 만들어진 비행기는 인간의 꿈이 현실이 되었다. 초창기 나무로 만들어진 프로펠러 비행기는 금속기술 발달과 엔진의 성능향상으로 인해 비행기의 성능이 발달하였으며, 제1차 세계대전, 제2차 세계 대전, 6.25 전쟁은 비행기 발달의 전초전 역할을 하게 된다.책에는 비행기 엔진은 어떻게 발전해 왔는지, 비행기가 이륙하고 착률하는 방식과 비행기 내부의 구조까지 30여년간 항공 기관사로서의 경험을 살려 설명하고 있다.


처음 비행기의 구상은 레오나르도 다빈치에 의해서 종이 위에 만들어 졌다. 비행기에 대한 구상은 라이트 형제가 만든 프로펠러에 의해 하늘을 나는 구조였다. 속도는 느리며, 하늘을 날았다고 할 정도의 수준이며, 어린시절 위인전에 항상 들어가는 인물중 하나가 라이트 형제의 이야기이다. 이렇게 프로펠러에 쓰이는 엔진을 피스톤 상하 작용에 의해 움직이는 리시브로 엔진이며, 리시브로 엔진과 프로펠러의 조합은 1인용 비행기에서 많은 사람이 함께 탈 수 있도록 바꿔 나가게 된다. 또한 항공 엔진의 발달로 인해 비행기의 동체의 무게는 점차 무거워졌으며, 더 높은 곳으로 비행할 수 있도록 발전 되어왔다. 성층권을 항해할 수 있도록 비행기가 과거에 비해 튼튼해졌으며, 엔진은 성층권에서 비행할 수 있도록 최적화 되어 왔다.


우리가 생각하는 비행기 활주로의 이상적인 거리에 미치지 못하는 경우가 상당히 많다. 곡예비행을 할 정도의 수준의 짧은 활주로, 카리스해의 사바섬에 있는 유일한 활주로는 533m에 불과하다. 이렇게 짧은 활주로를 활용하려면, 비행기의 추진력을 높여야 하며, 비행기가 지구의 중력에 벗어날 수 있는 추진력이 필요하다. 비행기의 활주로가 짧아질 수록 엔진의 추진력은 더 높아지며, 비행가의 비행 기술 수준도 더 월등해야한다는 단점이 있다.


비행기는 이륙후 목표 고도에 도착하면 일정한 속도로 비행한다는 것이다. 자동차의 경우 브레이크를 밟아서 속도를 늦추지만 비행기는 그럴 경우 대형 사고가 일어날 수 있다. 과거 아날로그 시스템에서 디지털 시스템으로 바뀌면서 온도와 기압을 계산하면서 항해할 수 있으며, 하늘 위의 상황에 따라 기장과 부기장은 능동적으로 대처하게 된다.  비행기의 연료는 비행기가 뜨고 내리는데 필요한 중력, 양력, 추력, 항력의 힘이 균형적으로 이루어지는데 있어서 중요한 역할을 가지고 있다.


비행기의 안전에 위험이 되는 건 하늘 위의 상황이다. 구름이나 온도, 차가운 공기는 비행기 엔진 고장의 원인이 될 수 있다. 또한 전세계 9곳에 있는 항공로 화산재 경보 센터(VAAC,미국 앵커리지,워싱턴, 아르헨티나 부에노스아이레스,호주 다윈, 영국 런던, 캐나다 몬트리올, 프랑스 툴루즈,뉴질랜드 웰링턴,일본 도쿄)를 통해서 화산재가 없는 곳으로 비행해야 한다. 화산재가 비행기 동체에 날아들어오면 비행기 엔진이 정지되는 최악의 상황이 일어날 수 있기 때문이다.


비행기는 엔진이 정지되어도 일정한 거리를 항해 할 수 있도록 만들어진다. 비행기 동체엔 두개의 엔진이 있으며, 한개의 엔진에 이상이 있는 경우 고도를 낮춰 현재 위치에서 3시간 이내의 가장 가까운 항공사를 찾아야 한다. 초창기 프로펠러에서 터보엔진으로 바뀌면서 제트 여객기가 등장했으며, 800명을 태울수 있는 점보 제트기가 가능할 수 있는 건 비행기 엔진이 성능이 높아졌기 때문이다.엔진의 성능에 따라 비행기의 동체도 달라지며, 많은 화물을 실을 수 있다.


책에는 비행기의 성능이 높어졌음에도 초음속 비행기가 만들어지지 않는 이유가 나온다. 비행기 제작 기술은 초음속 비행기를 만들 수 있디만 비행하는데 있어서 제약이 있다. 하늘위에서 나는 소음이 육지에 다다름으로서 사람들에게 들리는 소음 문제는 아직 해결되지 않은 상태이며, 초음속 비행기는 바다를 항해할 때 가능하다.