가) 작동원리, 주요 구성품 및 기능
연료를 연소시켜 발생한 고온/압의 연소 가스를 이용해 터빈을 회전시켜 회전 동력이나 분사 추진력을 발생시키는 열기관입니다. 공기 흡입구, 압축기, 연소실, 터빈과 배기구로 구성됩니다.
- Air Inlet Duct: 공기 흡입구로 아음속에서는 확산형(Divergent)을 초음속에서는 수축 – 확산형 (Convergent - Divergent) 흡입구를 사용합니다,
- Compressor: 공기를 압축시키는 부분으로 원심형과 축류형 압축기로 나뉩니다.
- Diffuser: 공기 속도 에너지를 압력 에너지로 변환시키는 부분으로, 공기 흐름을 정류해 공기와 연료가 잘 혼합되어 연소되게 해주는 부분입니다.
- Combustion Chamber: 연소가 일어나는 연소실로, Can형, Cannular형, Annular형이 있습니다.
- Turbine; 연소 가스에 의해 회전하여 연결된 압축기나 액세서리를 구동하며, 나머지 에너지로 추력을 만들어 냅니다.
나) 점화장치 작업 및 작업안전사항 준수 여부
전형적인 터빈엔진 점화계통의 정비는 근본적으로 검사, 시험, 고장탐구, 탈거, 그리고 장착으로 이루어진다.
1. 검사(Inspection)
점화계통의 검사는 보통 다음 사항이 포함된다.
(1) 점화도선 단자 검사에서, 세라믹 단자는 아킹, 탄소 축적, 그리고 균열에서 자유로워야 한다.
(2) 그림 4-7에서 보여 주는 것과 같이, 그로밋시 일은 플래시오버와 탄소 축적에서 자유로워야 한다.
(3) 와이어 절연체는 절연체를 통한 아킹의 흔적 없이 유연성이 남아 있어야 한다.
(4) 구성품 장착, 단락 또는 고전압 아킹, 그리고 연결부 풀림의 안전성에 대해 전체 계통을 검사한다.
2. 계통의 작동 점검(Check System Operation)
이그나이터는 엔진이 시동기에 의해 돌기 시작할 때, “딱, 딱” 하는 소리를 들음으로써 점검할 수 있다. 이그나이터는 또한 그것을 탈거하고 시동 사이클로 작동시켜 봐서 이그나이터를 건너뛰는 불꽃이 없다는 것으로 점검할 수 있다.
3. 수리(Repair)
필요시 조여 주고 고정시키고 결함이 많은 구성 부분과 배선을 교체한다. 필요시 고착시키고, 조여 주고, 그리고 안전장치를 한다.
4. 점화계통 구성품의 탈거, 정비 및 장착
다음의 지침은 여러 가스터빈 제작사에서 권장하는 전형적인 절차이다. 이 지침은 엔진 점화 구성요소에 적용할 수 있는 것이다. 어떠한 점화계통정비라도 수행하기 전에 항상 적용할 수 있는 제작사 지침을 참고한다.
5. 점화계통의 도선(Ignition System Leads)
(1) 엔진에 점화도선을 고정하는 클램프를 탈거한다.
(2) 익사이터 유닛에서 안전결선을 제거하고 전선 연결부를 분리시킨다.
(3) 이그나이터 플러그에서 안전결선을 제거하고 도선을 분리시킨다.
(4) 계통에 충전된 모든 전하를 접지시키는 방법으로 방전시키고 엔진에서 점화도선을 탈거한다.
(5) 인가된 드라이크리닝 용제로 도선을 세척한다.
(6) 연결부의 손상된 나사산, 부식, 절연체의 균열, 그리고 연결핀이 휘었거나 부러졌는지 검사한다.
(7) 도선이 마모, 소손, 또는 깊게 찍혔거나 벗겨 졌거나, 오래되어 재질이 퇴화되지 않았는지 검사한다.
(8) 점화도선의 도통시험을 수행한다.
(9) 탈거 절차의 역순으로 도선을 다시 장착한다.
6. 이그나이터 플러그(Igniter Plugs)
(1) 이그나이터 플러그에서 점화도선을 분리시킨다. 점화도선을 분리하기 전에 효과적인 절차는 이그나이터 유닛으로부터 저전압 1차 도선을 분리시키고, 이그나이터로부터 고전압 케이블을 분리하기 전에 저장된 에너지를 방출하도록 적어도 1분간은 기다린다.
(2) 마운트에서 이그나이터 플러그를 탈거한다.
(3) 그림 4-8에서 보여 주는 것과 같이, 이그나이터 간극의 표면 재료를 검사한다. 검사전에, 마른 헝겊을 사용하여 셀 외부에서 찌꺼기를 제거한다. 저전압 이그나이터의 전극은 세척하지 않는다. 고전압 이그나이터의 전극은 세척하여 검사에 도움이 되도록 한다.
(4) 이그나이터의 생크 부분에 마찰에 의한 손상이 있는지 검사한다.
(5) 이그나이터 표면이 미세하게 파였거나 찍혔거나, 또는 다른 손상이 있으면 이그나이터를 교환한다.
(6) 더럽거나 그을음이 많은 이그나이터를 교환한다.
(7) 장착 패드에 이그나이터를 장착한다.
(8) 연소실 라이너와 이그나이터 사이의 간격이 적절한지 점검한다.
(9) 제작사에서 명시한 토크 값대로 이그나이터를 조여 준다.
(10) 이그나이터에 안전결선을 한다.
다) 윤활장치 점검(기능, 작동유 점검 및 보충)
오일은 윤활을 필요로 하는 엔진 전체의 모든 부분에 보내진다. 엔진 구동 부분의 마찰을 없애는 과정에서 에너지를 소비하고 불필요한 열을 만들어 낸다. 작동하고 있는 엔진에서 마찰의 감소는 전반적인 엔진 출력을 증가를 의미한다.
마찰을 줄여 주는 것 외에, 유막은 금속 사이에서 완충제의 역할을 한다. (그림 6-2) 이 완충 효과는 충격 하중을 받는 왕복엔진 크랭크샤프트와 커넥팅 로드 같은 부분에 특히 중요하다.
또한 오일은 엔진계통을 순환하며 열을 흡수한다.
+ 청소, 부식방지
엔진 오일 보급 방법
1. 엔진 셧 다운 후 5분이 지나 오일 캡을 열어 60분 내에 보급해야 합니다.
2. 셧 다운 후 바로 보급하면 위험할 뿐더러 과열로 팽창된 오일이 다시 압축되기 전에 보급하면 과보급이 될 수 있어 60분 안에 보급해야 합니다.
3. 60분이 지나면 드라이 모터링을 실시한 후 보급해야 합니다.
라) 주요 지시계기 및 경고장치 이해
- 회전 속도계(RPM indicator): 기관 압축기의 분당 회전수를 표시하는 계기입니다. 최대 출력일 때 RPM을 100%로 정하고, 단위로는 % RPM을 사용합니다. 계기상의 큰 눈금은 1% RPM으로 나타내고, 작은 눈금은 0.1% RPM으로 나타냅니다.
- 연료 유량계(Fuel Flow Indicator): 연료 계통 내 연료 흐름 상태를 측정하는 계기입니다. 분 또는 시간 당 연료가 흐르는 양을 표시하며, 단위는 GPM(Gallon Per Minute) 또는 PPM(Pound Per Minute)이 있으나 대부분 PPM을 사용합니다.
- 배기가스 온도 지시계(EGT, Exhaust Gas Temperature Indicator): 기관 배기가스 온도를 지시하는 계기입니다. 터빈 배기 부분에 알루멜과 크로멜로 제작된 열전쌍(Thermocouple)에 의해 측정된 온도를 전기적 시그널로 변환시켜 계기에 표시해줍니다. 가스 터빈은 배기가스로 추력을 얻기 때문에 가스 터빈 기관 성능을 감시하는데 제일 먼저 확인해야 되는 계기입니다.
- 윤활유 압력 지시계(Oil Pressure Indacator): 기관에 흐르는 윤활유 압력을 지시하며, 단위는 PSI(pound per squareinch)입니다.
- 윤활유 온도 지시계(Oil Temperature Indicator): 기관에 흐르는 윤활유 온도를 지시하며, 섭씨와 화씨온도를 지시하는 두 종류가 있습니다.
- 연료 압력계(Fuel Pressure Indicator): 기관에 흐르는 연료 압력을 지시하며, 단위는 Psi 입니다.
- 압력비 계기(EPR, Engine Pressure Ratio indicator): 가스 터빈 기관 압력비는 터빈 방출 압력과 흡입 압력 비를 의미하며, 이 비율은 곧 기관의 추력을 측정하는 값으로 이용됩니다. 압축비가 1.2이면, 터빈 방출 압력이 압축기 흡입 압력보다 1.2배로 증가하였다는 의미입니다. 터빈 방출 압력은 터빈 로터 후방에 있는 여러 개의 터빈 방출 압력 감지기에 감지되고, 압축기 흡입 압력 감지기는 압축기 블릿 노즈나 전방 프레임에 부착되어 있습니다.
- N1 회전계: 2중 스풀 압축기(Twin spool compressor)를 가지고 있는 가스 터빈 기관에 있는 계기입니다. 저압 압축기 축의 회전 속도를 지시하며, 팬(fan) 로터가 압축기에 연결되어 구동되기 때문에 N1 속도 감지기는 팬 케이스 2시 방향에 설치되어 있습니다.
- N2 회전계: 2중 스풀 압축기 중 HPC 축의 회전 속도를 지시합니다. 기어 박스가 HPC에 연결되어 구동되기 때문에 N2 속도는 기어 박스에서 감지합니다.
마) 연료계통 기능(점검, 고장탐구 등)
엔진연료계통은 지상 또는 비행 중의 모든 조건하에서 엔진의 연료제어장치에 연료를 공급할 수 있어야 하며, 연속적으로 변화하는 고도와 어떤 기후 조건에서도 원활히 작동할 수 있어야 한다.
엔진연료계통은 적당한 연료와 공기의 혼합기를 엔진으로 공급하기 위해 매우 정밀한 장치로 발전하게 되었다. 가스터빈엔진의 연료조정장치 또한 모든 비행 상황(regime)에서 정확하게 연료를 계량하는 능력이 크게 개선되었다. 전자공학의 향상과 디지털 컴퓨터의 사용은 항공기와 엔진을 전자공학적으로 (electronically) 접목시키는 것을 가능케 하였다. 전자제어장치에 탑재된(built in) 전자신호와 컴퓨터 논리회로를 사용함으로써, 엔진을 더욱 정확하게 제어할 수 있었다. 연료비와 이용도 또한 엔진으로 공급되는 연료 흐름이 효과적이고 아주 정밀한 연료 계통을 가진 엔진으로 제공되는 중요한 요소가 되었다.
연료조정장치의 정비 (Fuel Control Maintenance)
터빈엔진 연료조정장치의 현장 수리는 극히 제한 되어 있다. 현장에서 허락되는 유일한 수리는 연료 조정장치의 교환과 교환 후의 조절뿐이다. 이러한 조절에는 보통 엔진 트리밍이라고 부르는 아이들 rpm의 조절과 최대속도의 조절로 제한된다. 이 두 가지 조절은 정상작동 범위 내에서 수행된다.
엔진 트리밍(engine trimming)을 하는 동안에, 연료조정장치는 idle rpm, 최대 rpm, 가속, 그리고 감속 등을 점검한다. 연료조정장치의 점검 절차는 항공기와 엔진 설비에 따라 달라진다. 엔진은 특정한 엔진에 대한 정비매뉴얼 또는 오버 홀매뉴얼에 있는 절차에 따라서 트림된다. 일반적인 절차는 엔진 트리밍 작업을 시작하기 직전에 외기 온도와 해수면이 아닌 비행장 대기압을 확인하는 것으로 수행된다. 대기의 온도가 엔진으로 들어오는 공기의 실제 온도와 같은 값을 얻을 수 있도록 해야 한다. 이 값을 사용하여, 요구되는 터빈배출압력 또는 엔진압력비(EPR)의 값을 정비매뉴얼에 지시되어 있는 자료로부터 계산한다. 엔진이 완전히 안정되는 것을 보장하기 위해 충분한 기간 동안 스로틀 전개(full throttle), 또는 정해진 정격에서 작동시킨다.
보통 권고되는 안정 시간은 5분이다. 점검은 압축기 에어블리드밸브가 완전히 닫혔는지 확인하고, 트림 곡선이 수정되지 않은 객실 공기조화장치와 같은 모든 액세서리 구동용 에어블리드가 꺼졌는지를 확인해야 한다.
엔진이 안정됐을 때, 트리밍이 요구되는 대략적인 값을 결정하도록 계산된 터빈출구압력(Pt7 또는 EPR) 값과 관찰된 값을 비교해야 한다. 만약 트림 조절이 필요하다면, 계기에서 목표로 설정된 터빈출 구압력(Pt7 또는 EPR) 값을 얻기 위해 엔진 연료조정 장치를 조절한다.
연료조정장치의 조절과 동시에 회전계, 연료 흐름량 계기, 및 배기가스온도 계기를 관찰하고 기록해야 한다. 2축식 압축기를 사용하는, Pratt and Whitney 엔진에서는, 관찰된 N2 회전 계의 rpm 값은 온도/rpm 곡선에서 경사진 방향으로 나타나는 속도에 의해서 수정된다. 관찰된 회전 속도계의 rpm 값은 곡선에서 얻어진 % 트림속도로 나눈다. 결과는 백분율로 나타나는 새 엔진 트림속도이며 표준일의 온도, 즉 59℉ 또는 15℃로 수정된 다. rpm으로 나타나는 새로운 트림속도는 회전속도계가 100%로 나타낸 곳에서 rpm이 알려졌을 때 계산된다. 이 값은 해당 엔진매뉴얼에서 얻어지게 된다. 만약 이 모든 절차가 만족하게 수행되었다면, 엔진은 적절하게 트림된 것이다. 엔진 트리밍은 항상 항공기가 바람을 향하게 하는 동일한 방향으로 정밀하게 조절된 상태에서 수행되어야 한다. 정밀한 조절은 항공기 성능에 근거된 최소추력 기준의 정비를 보장하기 위해 필요한 것이다. 더불어 엔진 트리밍의 정밀한 조절은 엔진정비 요구조건으로 인한 최대 TBO와 최소 임무시간 사이의 기간 내에서 더 나은 엔진 수명에 기여한다. 엔진은 결빙이 존재하는 상황에서는 절대로 트리밍을 해서는 안 된다. 대부분의 전자제어 연료조정계통은 트리밍 또는 기계적인 조절을 요구하지 않는다. FADEC 계통에 서 EEC로의 교체는 보통 소프트웨어의 교환이나 EEC 교환을 통해 이루어진다.
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