연료계통

 

1. 연료계통 일반

연료의 분류

1.와이드 컷 타입(wide cut type)

민간 : JET B

군용 : JP-4

2.케로신 타입(kerosene type)

민간 : JET A-1, JET A

군용 : JP-8, JP-5

3.항공유(AV GAS)

AV GAS 80

AV GAS 100

AV GAS 100LL

항공유(AV GAS)의 구비조건

1.발열량 ↑

2.기화성 ↑

3.증기폐쇄(Vaper-Lock) ↓ 

4.안티 노크성(Anti Knocking Value) ↑

5.안전성 ↑

6.부식성 ↓

7.내한성 ↑

터빈 엔진 연료의 구비 조건

1.연료의 증기압이 낮아야 한다.(증기폐쇄 방지)

2.어는점이 낮아야 한다.

3.인화점이 높아야 한다.

4.대량 생산 가능, 가격 저렴

5.계통 안의 부품들을 부식시켜서는 안된다.

6.점성이 낮고 깨끗한 균질의 연료이여야 한다.

7.단위 무게당 발열량이 커야 한다.

{연료 선택 시 고려 할 사항}

1.연료의 이용도

2.연소실 효율, 고도 한계, 기관 회전수, 탄소 찌꺼기 및 연소실과 후기 연소기의 공중 재     시동 특성 등과 같은 기관의 성능

3.항공기 연료 계통의 증기 및 액체 손실, 증기폐쇄(Vaper Lock), 연료의 청결성

연료계통 용어 설명

1.Tank

연료를 저장하고 Engine Feed 계통 및 APU Feed 계통까지 연료를 공급하는 구성품 및 기체 구조를 포함하고 있다.

2. Vent

연료 Tank내외의 차압에 의한 Tank 구조의 손상을 방지하고 Engine Feed, APU Feed 및 Jettison 계통에 충분한 Heat Pressure를 제공하기 위한 구성품 및 기체 구조를 포함

3. Fueling

연료를 보급하기 위한 배관 및 관련 구성품과 정비 목적, 필요시 연료를 배유하거나 Tank간의 연료의 이송을 위한 구성품이 포함 됨.

4. ENG Feed

Tank에서 Engine까지 그리고 Tank에서 APU까지의 연료 공급, Booster pump에 의한 연료 Tank의 수분을 제거

5. Defueling & Transfer

지상에서 정비 또는 기타 목적으로 Tank내의 연료를 배유 또는 이송하는 절차.

6. Indicating

Tank내의 유량을 측정, 지시하는 Fuel Quantity Indicating 계통과 Tank 내 연료의 온도와 Engine에 공급되기 직전의 연료 온도를 측정하여 조종사에게 지시하는 Fuel Temperature Indicating 계통이 있다.

연료 Tank의 종류

1. Integral Fuel Tank : 날개 내부 기본구조에 밀폐제로 밀폐후 사용, 무게가 가볍고, 구조 간단, 여러개의 Tank로 구성

2. Rigid Removable Tank : 항공기 구조 부위에 설치된 금속, 플라스틱, 유리섬유 재질의 Tank

3. Bladder Fuel Tank : 날개보 사이의 공간에 금속제 Tank를 삽입

4. Cell Fuel Tank : 날개보 사이 공간에 합성고무 탱크를 삽입

5. Reserve Tank (Auxiliary Tank) : Wing의 바깥쪽에 위치. 이Tank의 연료는 Main Tank로 이송시킨 후 Engine으로공급할 수 있도록 설계되어 있다.

6. Horizontal Stabilizer Tank : Horizontal Stabilizer의 구조 일부에 연료를 적재하여 항속거리를 연장하고, 비행 중 Center of Gravity를 조절한다.

7. Vent Surge Tank : 연료를 저장하지는 않으며 Venting중에 유출되는 연료를 일시 보관하는 목적으로 사용되는 Tank이다.

[Tank의 용량]

-Useable Capacity : 사용 가능한 연료 용량

-Uneseable Capacity : 사용 불가능한 연료 용량

-Nominal Capacity : 연료의 열팽창에 따른 Volume의 증가로 인한 Tank의 손상을 막기 위해 Nominal Capacity는 Useable Capacity보다 2% 크게 설계된다.이 2%의 공간을 Expansion Space라고 한다.

연료 Tank 구성 요소

-Tank Access Door

 Tank 내부의 정비 작업을 위해 접근 할 수 있도록 Wing의 상면이나 하면에 있는 Door이다. 

Door는 Screw로 장착하며 Rubber Seal이 Molding되어 있다. Tank Unit나 Drip Stick이 장착된 Access Door도 있다.

-Baffle Check v/v

비행 자세의 변화에 따른 Tank 내의 연료 유동을 제한하기 위해 일부 Rib의 하부에는 Flapper Type Check Valve가 장착되어 있다. 이 Valve 들은 Booster Pump가 있는 안쪽으로 열리게 되어 있다.

-Water Drain Valve(Sump Drain Valve)

Tank 의 최하부에 있으며 수분이나 잔류 연료를 제거하는데 사용된다. Valve에는 이중 Seal이 장착되어 있으며 Screw Driver나 Drain Tool을 이용하여 Drain한다.

Water Drain은 매 비행 전 점검 시 및 연료 보급 후 수행한다. 연료보급 후는 연료 속의 수분이 가라앉을 수 있는 시간 약 30분 기다린 후 Drain한다.

저온(-5℃이하)에서 연료 Tank 바닥의 수분이 결빙되어 Drain Valve가 amming될 우려가 있기 때문에 이런 상태에서는 Drain을 금지하고 있다.

{연료 Tank 안에 수분이 결빙 되었을 경우}    

상온에서 얼음이 녹을 때까지 기다린 뒤에 Drain 시킨다.

-Measuring Stick

Drip Stick 또는 Magnetic Level Indicator라고도 하며 Magnet와 Float. Fiber Glass Stick으로 구성된다.

Tank 하부에서 Stick을 뽑아낸 후 연료면과 일치하는 Stick의 눈금을 읽고 환산표률 이용하여 무게를 산출한다.

환산할 때는 항공기의 자세 몇 연료의 Density나 Specific Gravity 값을 대입하여야 한다.

-Over Wing Filer

Tank의 상면에는 Dispenser(연료보급장비)의 Nozzle을 이용하여 수동으로 연료를 보급할 수 있는 연료 보급구가 마련되어 있다.

Cover나 Cap으로 채워져 있으며 여기에는 Tank 용량이나 Fuel Grade등이 표시되어 있다.

-Fuel Vent Sys

Tank의 상부는 Tank 외부와 공기 통로가 마련되어 있어 Tank 내부를 항상 대기압으로 유지하여 준다.

연료보급 중 Tank 내부에 걸리는 정압이나 연료가 Engine에서 소모될 때 걸리는 부압을 제거시켜 Tank Structure를 보호한다.

FADEC

전자식 통합 엔진제어(full authority digital engine control)로써 EEC와 FCU를 합쳐서 부르는 말이다. 기능으로는 엔진 전반적인 상태를 감지하고  작동하는 EEC와 이러한 정보를 바탕으로 연료량을 제어하는 FCU 두가지를 합쳐 흔히 FADEC이라 부른다.

FCU와 EEC를 포함한 장치를 FADEC이라고 보시면 됩니다. FADEC은 엔진을 종합적으로 제어해주는 슈퍼컴퓨터인데, VSV,VBV,Reverse Thrust Control,ACCS,Fuel Control,N1,N2 Rpm Control 등을 제어하면서 어떠한 상황에서도 엔진이 정격출력을 낼 수 있게끔 최적의 컨디션을 유지해주는 역할을 합니다.

참고로 이 장치에 있는 EEC라는 컴퓨터가 고장났을 경우

2개의 채널이 있습니다. 하나는 Active Channel, 다른 하나는 Standby Channel이라고 해서 평상시에는 Active Channel로 작동이 되다가 고장났을 시 Standby Channel로 연동시켜 작동을 그대로 유지시킵니다.

-목적

항공기로부터 입력되는 명령에 따라 엔진시스템을 제어하며, N1&N2 한계치 초과 않도록 제어 조종실에 엔진상태 지시, 엔진상태 감시&관리, 고장탐구 등을 위한 정보 제공

-기능

스로틀 레버움직임 + 비행상태 하여 연료를 보다 효율적으로 사용

압축기 공기흐름 + 터빈 간격 조절 = 최적의 엔진상태 만들어줌

지상에서 엔진시동중 엔진 파라미터들을 제어해서 EGT가 한계를 초과하지 않도록 만들어줌

(자체 진단 시스템이 내장되어 자체적 시험을 통해, 자체 내부결함&외부결함 감지)

-구성

FADEC 시스템은 EEC(Electronic Engine Control), HMU(Hydrao-Mechanical Unit)와 작동기 및 센서등 주변장치로 구성.

EEC = 동일한 2개컴이 내장, 전자적으로 엔진제어함.

HWU= EEC로 부터 받은 전기적인 신호를 엔진의 각종밸브, 작동기들을 구동시키기 위한 유압으로 바꾸어줌.

FCU = 기계적 즉, 조종실에서 레버를 움직여 연료유량을 조정하는것.

{탱크 작업시 안전 주의사항}

작업전에 Defueling 실시

탱크 내부에 들어가기 전에는 반드시 Purging(환기)작업을 실시

: 이는 항공기 유조차 지면에 대하여 접지를 하여 정전기를 없애어 정전기로인한 화재에 주의를 해주어야 하며 안전한 장소에서 화재 위험성을 미리 제거 (15m 이내에서는 발화행위 금지) 하며 폭발이나 화재에 대비하여 소화기를 비치해주어야 함. 

마스크를 착용, 외부에는 안전을 위해 한 사람이 대기

인화물질이나 인화원이 있는지 확인, 소화기 준비,악세사리 금지,

정전기가 일어 나지 않도록 옷은 면으로 된 옷을 착용, 지퍼나 단추 X

{연료보급 시 주의사항}

3점 접지를 해야 한다.

소화기 비치(15M 이내 발화행위 금지)

밀폐된 곳에서 연료보급 X

연료 보급시 2% 여유를 두고 보급(연료의 팽창으로 인한 파손을 방지)

[보급위치에서 가득찰때까지 보급하며 자동적으로 2%가 남게 된다]

-연료 보급 방법

중력식 보급방법

압력식 보급방법

{Fuel Leak Type(연료 누설 종류)}

1.stain

젖어 있는 부위의 크기가 누설 근원지 주위를 따라 직경3/4를 넘지 않는 상태

2.seep

젖어 있는 부위의 크기가 누설 근원지 주위를 따라 3/4 ~ 1/2사이를 넘지 않는 상태 

3.Heavy seep

직경 1 1/2 ~ 3사이의 상태

4.Running Leak

연료가 누설되어 포면에 떨어지거나 수직으로 흐르거나,

손가락이 닿았을 때 타고 흐르면 비행을 중단하고 수리해야할 상태

{Leak 시 처리 및 수리방법}

Leak 시 누설 주변의 연료얼룩 색깔로 확인 가능

탱크 내부로 들어가 예상되는 누설부위에 대해 육안검사 실시[연료탱크는 여러파트로 나뉘는데 그 이유는 파트가 않나뉘어 있으면 누설이 있을 경우 연료 전체가 누설되기때문에 나누고 각 파트 별로 색을 입혀 그 파트 부분에서 연료가 누설될 때 입힌 색이

연료에 묻어나와 확인이 가능하다

(1/2인치 떨어진 곳에서 100psi의 공기압을 가하여 누설 부위를 찾아낸다.)

누설 부위를 확인하면 기존 실란트를 제거하고 제거된 부위에 알루미늄 울로 문질러 흔적을 없애주고 아세톤은 적신 천으로 깨끗이 닦고 실링한다.

{Motoring의 목적 및 방법}

목적: 연료계통이나 오일계통 정비 작업시 계통내에 찬 공기를 Bleed air하기 위함이고 Oil이나 Fuel이 고인 것을 제거하기 위함 

Dry Motoring

기관의 회전이 원활한지의 여부 검사와 정비나 부품 교환 했을때의 연료계통과 윤활계통의 누설점검 및 기능점검을 하는 것

1.연료를 연료조정장치(FCU)이후로는 흐르지 못하게 차단한 상태에서 실시

2.상태: 점화스위치 off 연료차단레버 off 연료부스터펌프 ON 스로틀 저속

3.시동기를 작동하여 점검에 필요한 만큼 구동한다.(기관회전과 윤활유 압력 정상지시점검)

4.연료 및 윤활계통의 각종 호스와 튜브 그리고 부품 등에서 누설이 있는지 점검 윤활유 탱크의 윤활유 점검을 딥스틱으로 한다.

[시동 실패, 습식 모터링 후 연소실내에 연료가 고이면 과열시동의 원인이 되므로 건식 모터링을 하여 연료를 기관밖으로 불어낸다.]

Wet Motoring

연료계통의 점검이나 분해 또는 교환시, 연료조정계통 이후의 연료계통 점검과연료분사상태 점검으로 연료계통 고장 탐구를 위해 실시한다.

1. 연료를 FCU 이후 흐르게 한 상태에서 연료노즐에서 연료분사(점화 X)

2. 상태: 점화스위치 off 연료차단레버 ON 연료부스터펌프 ON 스로틀 10%RPM

3. 연료유랑계 관찰(60초동안 모터링하며 시동기 작동범위를 관찰) 

연료차단레버 OFF후 연소실 연료가 증발할때까지 30초 이상 모터링 - 연료흐름이 0으로 떨어지는 것을 확인

4. 연료 및 윤활계통의 각종 호스와 튜브 그리고 부품등에서 누설이 있는지 점검

윤활유 탱크의 윤활유 점검(딥스틱)

-Dry Motoring: ignition off, fuel off에서 Starter만으로 엔진 Rotating

-Wet Motoring: ignition off, fuel on에서 Starter만으로 엔진 Rotating

-Wet Motoring 후에는 반드시 Dry Motoring으로 잔여 연료 blow out

{항공기 연료 계통 흐름도}

Fuel tank (연료탱크) → Booster pump (부스터펌프) → Shut off v/v (선택및차단밸브) → Engine Fuel Pump(주연료펌프) → Filter → Fuel Oil Cooler(연료오일냉각기) →  FCU → P&D V/V (여압및배출밸브) → Fuel Manifold → Fuel Nozzle

연료계통의 흐름

연료탱크-부스터펌프-선택및차단밸브-히터-연료필터-주연료펌프-연료조절장치-연료유량계-연료오일냉각기-여압및배출밸브-연료매니폴드-연료분사노즐

-연료 sump drain

항공기 연료탱크 및 연료계통내에 물이 존재하는 경우, 부식 및 동절기에 얼음입자가 엔진연료필터를 막아 연료공급부족으로 인한 엔진 플레임아웃이 될수있으며, 연료계통 부품의 결함을 방지하고자 해서임, 연료샘플채취, 고착방지(남은연료배출)

-Booster Pump

압력을 승압시켜주는 펌프로서 연료탱크의 유면이 가장 낮은 곳에 설치되어 있다.

기관 시동시 적당한 압력으로 연료를 주연료펌프까지 압송해주는 역할을 한다.

연료탱크에서 다른 연료탱크로 이송할때도 사용

-Shut off V/V

비상시 기관으로 들어가는 연료를 차단하는 밸브

-Main Pump

항공기 탱크에 있는 연료를 부스터 펌프로 끌어당겼다면 메인펌프는 부스터 펌프로 받은 연료를 이어받아 메인펌프로 조절하고 보내주는 펌프

-Fuel Heater

고고도에 올라가게되면 연료가 어는 것을 방지해준다.

-Filter

연료내의 불순물을 걸러주는 장치

1.카트리지필터 : 보통 연료펌프입구쪽에 위치하며 종이필터로 재사용이 불가능함

2.스크린필터 : 저압용 연료필터로 사용됨

3.스크린디스크필터 : 연료펌프출구쪽에 사용되며 분해하여 세척(일반적으로 솔벤트를 이용하여 손으로 세척)후 재사용할수있는 특징이 있음.

-FCU

여러 가지 수감부를 통하여 연소실이나 실린더에 들어가는 연료량을 조절해주는 장치

수감부는 MFR(Main Fuel Regulator)로 스로틀 레버 각도(Power Lever Angle), 압축기 출구 압력(Compressure Discharge Pressure), 압축기 입구온도(Compressure Inlet Temperature), 기관회전수(RPM), BP, EGT의 신호를 수감하여 종합한 뒤 유량조절부분으로 보낸다.

-Fuel Oil Cooler Fuel Heater (Fuel-Oil Heat Exchange)

오일이 기관부분에서 윤활 및 냉각을 시키느라 많이 뜨거워진 상태인데 같은 장치에 관을 놓고 오는 관에는 오일이 흐르게 하고 어느관에는 연료가 흐르게 하는 것으로 연료의 차가운 온도가 오일을 냉각시키고 오일의 뜨거운 온도가 연료를 데워주는 역할

-P&D V/V 

Pressurelizing&Drain V/V로 여압의 기능을 가지고 있으며 연료를 1차 흐름과 2차 흐름으로 나누어 준다.

기관 정지 시 노즐이나 매니폴드의 잔류연료를 배출

일정 압력까지 연료 흐름을 차단

-Manifold

다기관으로 불리우며 하나의 입구에 여러개의 출구 혹은 그 반대인 경우의 관을 말함

-Nozzle

노즐은 1차와 2차로 나누어 분사한다.

완속 속도이하에서는 1차 연료만 받아들여 150°각도로 넓게 분사하며 그 이상의 속도에선 1차 분사와 더불어 2차 연료를 50°각도로 분사한다.

-Fuel Tank Sump Drain Valve 의 목적

Fuel Sample 채취, Tank 내 수분이나 오염물질 제거, Defuel 후에 남아있는 모든 연료 제거

-Dump Sys의 필요성

비행 중 일부의 연료를 신속히 대기 중으로 방출시켜 항공기 중량을 최대착륙 중량 이내로 감   소시키기 위함

-Fuel Drain 하는 이유

Skin 부식과 부정확한 연료량을 지시하는 원인이 되는 Tank 하면의 수분을 제거

-Fuel Cross feed 와 Transfer 의 차이점

Cross feed : Tank → ENG Fuel Supply

Transfer : Tank → Tank Fuel Supply

왕복기관에서의 연료흐름

탱크 → 부스터 펌프 → 선택 및 차단 밸브 → 여과기 → 주연료 펌프 → 기화기 → 연소실

{기화기}: 혼합기를 만드는 장치

1)혼합기 기관 출력

-이륙시 혼합비: 농후한 혼합비를 만들어 줌

-상승시 혼합비: 농후한 혼합비를 만들어 줌

-순항시 혼합비: 희박한 혼합비를 만들어 줌

-저속시 혼합비: 가장 농후한 혼합비를 만들어 줌

2) 역화: 혼합비가 너무 희박할 때 연료 속도가 너무 느릴 때, 흡입행정에서 흡입 밸브가 열렸을 때

3) 후화: 혼합비가 너무 과농후할 때, 연료속도가 느려 배기 행정시까지 연소가 진행되어 배기관을 통해 불꽃이 배출되는 현상 (정상 혼합비 보다 농후한 혼합비가 빨리 연소 된다.)