세계에서 가장 큰 제트엔진은 어떻게 테스트할까?
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세계에서 가장 큰 제트엔진은 어떻게 테스트할까?
  • 이홍철 기자
  • 승인 2019.10.10 08:22
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자료제공: GE코리아

GE9X제트엔진은 팬(fan)이 하나다. 하지만 슈퍼 스타가 되기에는 충분했다. 2019년 6월 초 파리 에어쇼에 GE가 세계에서 가장 큰 제트엔진인 GE9X를 공개하자, 전시실에 들어온 방문객은 할리우드 배우를 만난 것처럼 함께 사진을 찍느라 여념이 없었다.

GE9X 제트엔진 중에서도 거대한 팬은 가장 눈에 띈다. 지름은 약 11피트(약 3.3미터)로 보잉 737의 기체만큼 넓다. 팬에는 16개의 날렵한 팬 블레이드가 있다. 이 블레이드는 강도는 높으면서도 티타늄보다 가벼운 최신형 탄소섬유 복합소재로 만들어졌다. 심지어 GE9X의 이전 모델인 GE90의 팬 블레이드는 그 뛰어난 디자인 덕에 뉴욕 현대미술관(MoMA)이 디자인 컬렉션에 포함시켰을 정도다.

테스트를 위한 GE9X 엔진이 2번 엔진 위치에 달린 모습

이런 팬 블레이드와 3D 프린팅으로 만든 부품, 그리고 우주선에서나 볼 법한 재료인 세라믹 매트릭스 복합재료(CMC) 등으로 구성된 엔진은 100,000파운드(약 45,359킬로그램)의 추진력을 낼 수 있다. 미국의 최초 유인 우주 비행에 사용된 로켓과 수많은 제트전투기들보다 몇 배나 더 강한 추진력이다. 이 엔진은 보잉의 새로운 광동체 여객기 777X를 위해 개발됐다.

세계에서 가장 큰 엔진을 달고 비행을 하면 어떨까? F-18 제트전투기 파일럿 경력이 있는 GE항공 수석 테스트 파일럿 존 오만이 GE9X를 달고 하늘을 날았다. 그는 작년 내내 GE의 시험비행 운영센터가 있는 미국 캘리포니아 주 빅터빌 상공에서 이 엔진을 테스트했다. 이 시험비행 운영센터에는 3개의 GE CF6 제트엔진이 달아 개조한 보잉 747 테스트 비행기와 GE9X엔진이 보관되어 있다.

크기·무게·추진력의 차이를 확인하기 위해 오만과 테스트 엔지니어들은 어떤 일을 할까? 항공기 애호가라면 궁금해할 만한 질문이다. GE9X를 탑재한 비행기를 최초로 조종한 수석 테스트 파일럿 존 오만에게 직접 질문했다.

GE항공 수석 테스트 파일럿 존 오만은 해병대에 들어가서 이라크와 아프가니스탄에서 F-18을 조종했다. 하지만 테스트 비행에 대한 그의 열망은 사그라지지 않았다. 그는 군 경력의 후반 절반을 레거시 F-18과 슈퍼호넷, 그리고 해병대의 새로운 제트전투기인 F-35를 테스트하는데 바쳤다.

Q: GE9X 엔진처럼 거대한 물체를 한쪽 날개에만 달고 어떻게 비행기의 균형을 잡나요?

연료를 이용합니다. GE9X및 이를 날개에 마운팅해주는 특수제작 파일론의 무게와 반대쪽 날개의 무게 균형을 맞춰야 하죠. 개조된 보잉 747인 747-400은 특별한 수동 연료 이송 시스템이 설치되어 있습니다. 그래서 조종석에서 직접 연료가 보관되는 위치를 변경할 수 있습니다. GE9X 엔진은 왼쪽 날개에 마운팅 되기 때문에, 오른쪽 날개의 3번 연료 탱크를 꽉 채우고, 왼쪽 날개의 2번 연료 탱크는 비웁니다. 이렇게 하면 좌우로 무게 균형이 맞게 되는 것이죠.

Q: 왜 GE항공은 747로 엔진을 테스트하나요?

747은 GE가 개발하는 다양한 크기의 엔진을 테스트하기에 이상적인 기체라고 볼 수 있습니다. 테스트용 엔진은 2번 엔진 위치에 장착되며, 해당 기체에 3대의 상용 CF6 엔진이 장착되며, 이와 연계된 연료펌프, 유압펌프, 압축공기, 제네레이터와 같은 엔진구동 시스템이 시험 비행을 위한 충분한 안전을 확보할 수 있습니다.

(*747과 같이 엔진이 2개 이상 달리는 기체의 경우, 파일럿이 앞을 보고 있을 때 좌측부터 우측순으로 1번부터 4번까지 번호가 매겨진다. 기체 사진을 보면 GE9X가 2번 위치에 장착되어 있는 걸 볼 수 있다.)

테스트용 엔진의 크기가 작을 경우, 3대의 CF6 엔진이 이착륙 및 비행에 필요한 충분한 동력을 냅니다. 테스트용 엔진의 크기가 클 경우, 한쪽에 테스트용 엔진을 장착하고, 반대쪽의 두 CF6엔진을 가동해 양 날개 엔진의 추진력의 균형을 맞춥니다. 또한 747은 꼬리날개가 크고, 기체 길이가 길기 때문에, GE9X와 같이 큰 엔진을 달아 생기는 추진력의 불균형에 파일럿이 좀 더 잘 대응할 수 있습니다.

“GE9X와 같이 커다란 엔진을 GE의 747-400에 장착하는 건 꽤 어려운 일입니다. 날개 앞쪽으로 엔진을 떠받쳐서 약 7도 정도 위쪽으로 기울어지게 만드는 특별한 파일론 위에 엔진은 마운팅 됩니다.”

Q: GE9X는 세계에서 가장 큰 상용 비행기 엔진인데요, 다른 엔진들에 비해 소음은 더 큰가요?

GE9X는 세계에서 가장 큰 비행기 엔진입니다만, 현재 보잉 777에 장착된 GE90에 비하면 더 조용하며 친환경적입니다. 또한 이전 모델보다 연료 소비 효율성도 10%가 개선되었고요. GE9X의 거대한 팬은 엔진을 오히려 더 조용하게 만듭니다.

Q: 테스트용 엔진을 한쪽 날개에만 달게 되면 양쪽의 추진력이 다를 텐데, 어떻게 이 균형을 맞추는 건가요?

비행계획을 세울 때는 보잉으로부터 직접 시뮬레이션 데이터를 제공받습니다. 특별 제작된 GE의 테스트용 747에 크고 작은 다양한 테스트용 엔진을 올릴 때 마다요.

그리고 GE9X가 반대편 날개의 CF6 엔진보다 더 많은 추진력을 내지만, 테스트 비행에서 이륙과 상승비행은 성공적이었습니다. 이륙을 위해 최대 추진력을 낼 때에는 1번 엔진의 추진력을 줄입니다. 그래야 4번 엔진에 문제가 생겼을 때 양 날개의 추진력 균형을 맞출 수 있기 때문이죠.

(*1번엔진(왼쪽 끝)은 GE9X(2번)과 같이 왼쪽 날개에 있으며, 4번엔진은 1번 엔진과 대칭점인 우측날개 끝에 있다.)

순항비행 시에는 연료 소모량이 일반적인 경우보다 조금 높습니다. 이유는 엔진이 비대칭적으로 장착이 되어 있어 추가적인 항력이 발생하기 때문이죠.

Q: 우리에게 잘 알려진 747의 최신 모델인 보잉 747-8에는 두 대의 GE9X를 달 수 있나요? GE9X 엔진 2대가 747-8 비행기에 장착된 GEnx 엔진 4대보다 더 강력할까요?

GE9X는 현재 105,000파운드(47,627킬로그램)의 추진력을 내는 것으로 측정됩니다. 747-8의 네 대의 GEnx-2B 엔진은 각각 66,500파운드(30164킬로그램)의 추진력을 내니, GE9X 2대로 같은 추진력을 내지는 못하겠죠. 또, 747-8은 애초부터 네 대의 엔진과 각 엔진에 달린 전기, 유압, 압축공기 시스템을 기반으로 하는 비행기로 설계되었습니다.

Q: GE9X 엔진은 테스트용 기체에 상당히 낮게 장착되어 있는데요, 지상고가 너무 낮은 건 아닌가요?

테스트용 기체인 747-400에 GE9X처럼 커다란 엔진을 장착하는 건 정말 어렵습니다. 날개 앞쪽으로 엔진을 떠받쳐 약 7도 정도 위쪽으로 기울어지게 만드는 특수 파일론 위에 마운팅 됩니다.

또한 일반 기체보다 랜딩기어의 버팀대(strut)를 더 길게 만들어, 추가 지상고도 4인치(10센티미터) 정도 확보합니다. 그 결과 비행기가 지상에 있을 땐, 엔진 나셀의 지상고가 18인치(약 45센티미터)가 됩니다. 그럼에도 지상고가 비교적 낮기 때문에 착륙 시도를 할 때 특별히 더 주의를 기울이며, 측풍을 특히 조심합니다.


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