인간에게 있어 하늘을 난다는 것은 오래 전부터 품어온 꿈이었다. 이를 실현하기 위해 인간은 공기보다 가벼운 비행선이나 기구를 이용해 하늘을 날았지만 만족스럽지 못했다.
그러나 현대는 350t이 넘는 거대한 대형 여객기가 400명이나 승객을 태운 채 비행하는 일이 가능해졌고 지구의 반 바퀴에 가까운 서울∼뉴욕을 무착륙으로 직항할 수 있다. 이러한 것을 모두 가능하게 해주는 것은 바로 비행기의 엔진이다. 비행기의 발달 과정은 엔진의 발달에 따라 좌우됐다고 해도 과언이 아니다.
■왕복엔진
피스톤의 왕복운동으로 회전축을 돌려 얻은 추진력을 이용하는 비행기를 피스톤기라고 한다. 엔진은 피스톤이 왕복운동을 하기 때문에 왕복 엔진(Recipro Engine)이라고 하고 이를 장착한 비행기를 레시프로기(Recipro Plane)라고도 부른다.
가솔린 엔진은 1885년 독일의 다임러(G. Daimler)가 발명했다. 항공기에 사용되는 피스톤 엔진도 현재 사용하고 있는 자동차 엔진과 기본적으로 다를 것이 없다. 다만 엔진 냉각방식 면에서 자동차 엔진은 수랭식을 사용하고 있지만 비행기는 공랭식을 주로 사용한다는 점에서 차이가 있다.
■터보제트와 오징어
프로펠러를 돌려 추진력을 얻는 프롭기는 엔진의 힘을 아무리 강하게 만들어도 항공기 속도에 한계가 있었다. 2차세계대전 당시에도 시속 750㎞ 이상의 속도는 낼 수 없었으며 승객도 최대 100명 정도를 태우는 수준이었다.
그래서 개발된 것이 제트엔진이다. 이 엔진은 공기를 흡입해서 압축한 뒤 연료와 함께 연소시킬 때 발생한 제트 가스를 강력하게 뒤로 분출시켜 그 반작용으로 추진되는 원리로 작동된다. 제트추진 원리를 이용하는 가장 대표적인 동물은 오징어다. 오징어는 흡입구를 통해 흡수한 바닷물을 수축해 고압으로 만든 다음 강하게 뒤로 방출해 바닷속을 이동하고 바다 표면으로 10m 이상 뛰어오르기도 한다.
■터보프롭 엔진
터보프롭 엔진은 터보제트 엔진을 프로펠러 회전용으로 개조한 것이다. 초기의 터보제트 엔진은 연료를 과다하게 소비했기 때문에 소음과 효율, 경제성 면에서 문제가 되었다. 이를 개선하기 위해 제트엔진의 원리를 이용하면서도 효율과 경제성이 높도록 개발한 것이 터보프롭 엔진이다.
터보프롭 엔진은 제트가스의 반동력을 이용해 추진력을 얻기보다는 터빈의 회전축으로 프로펠러를 돌려 프로펠러에서 항공기 추진력을 얻는 것이 특징이다. 프로펠러를 이용하기 때문에 특히 중저속 영역에서 제트엔진에 비해 효율이 높다.
■터보팬 엔진
터보제트 엔진의 효율을 개선하기 위해 프로펠러를 부착한 터보프롭 엔진이 실용화되었지만 프로펠러는 고속에서 비효율적이었다. 그래서 터보제트 엔진의 압축기 앞에 고속으로 비행 가능하면서도 효율이 높은 팬(fan)을 장착한 터보팬 엔진이 개발되었다.
최근의 제트기는 대부분의 이 터보팬 엔진을 사용하고 있다. 한국항공(KAI)에서 생산하는 T-50 항공기의 F404 엔진 또한 대표적인 터보팬 엔진 중 하나다.
/글=임상민 항공기칼럼니스트 자료제공=한국항공우주연구원
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