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램 에어 터빈

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목차

1. 개요

램 에어 터빈(RAT)은 항공기의 주 전원 및 보조 전원 공급에 문제가 발생했을 때 비행 중 기류를 이용하여 전력을 생산하는 장치이다. 현대 항공기에서는 비상 상황 시 필수적인 시스템(항공 관제, 유압 동력, 비행 필수 기계장비)에 전력을 공급하며, 일부 초기 항공기에서는 소형 발전기나 연료 펌프를 작동시키는 데 사용되었다. RAT는 군용 항공기에 흔히 장착되며, 여객기에도 1960년대부터 사용되기 시작했다. RAT는 다양한 크기와 출력으로 제공되며, 사고 발생 시에도 사용될 수 있다.

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램 에어 터빈
개요
유형비상 전력 장치
사용항공기, 선박, 차량
작동 방식공기 흐름을 이용한 터빈 구동
주 용도유압 또는 전기 시스템 구동
작동 조건주 엔진 고장 시 또는 비상 상황 발생 시
작동 원리
작동 방식항공기 외부의 공기 흐름을 이용하여 터빈을 회전시켜 전력을 생산함.
공기 흐름항공기 속도에 비례하며, 터빈 블레이드를 회전시키는 힘을 제공함.
터빈발전기 또는 유압 펌프와 연결되어 전력 또는 유압을 생성함.
발전기/유압 펌프생성된 전력 또는 유압은 항공기의 필수 시스템을 작동시키는 데 사용됨.
구조 및 구성 요소
주요 구성 요소터빈 블레이드
발전기 또는 유압 펌프
제어 시스템
장착 구조
터빈 블레이드공기 흐름을 효율적으로 받아 회전력을 생성하도록 설계됨.
발전기 또는 유압 펌프터빈의 회전 에너지를 전기 에너지 또는 유압 에너지로 변환함.
제어 시스템RAT의 작동을 모니터링하고 제어하여 최적의 성능을 유지함.
장착 구조항공기에 RAT를 안전하게 장착하고 작동 중 발생하는 힘을 지지함.
적용 분야
항공기주 엔진 고장 시 필수 시스템(조종면, 항법 장치)에 전력 공급.
에어버스 A380과 같은 대형 항공기에서 유압 동력 공급.
선박비상 상황 발생 시 선박의 필수 시스템에 전력 공급.
요트와 같은 소형 선박에서 자가 발전 시스템으로 활용.
차량특수 목적 차량(군용 차량, 긴급 구조 차량)에서 비상 전력 공급.
전기 자동차의 주행 거리 연장을 위한 보조 발전 장치로 연구 개발 중.
장점 및 단점
장점독립적인 전력 공급원: 주 엔진 고장 시에도 안정적인 전력 공급 가능.
신뢰성: 간단한 구조로 고장 가능성이 낮고 유지 보수가 용이함.
빠른 작동: 비상 상황 발생 시 즉각적인 전력 공급이 가능함.
단점공기 흐름 의존성: 항공기 속도에 따라 성능이 달라지며, 저속에서는 효율이 감소함.
추가적인 항력: 작동 시 항공기의 항력을 증가시켜 연료 소비를 증가시킴.
소음 발생: 작동 시 발생하는 소음이 항공기 운항에 영향을 줄 수 있음.
안전 및 신뢰성
안전성항공기 안전 운항에 필수적인 비상 전력 공급 장치로, 높은 신뢰성이 요구됨.
설계, 제조, 유지 보수 과정에서 엄격한 안전 기준 준수.
신뢰성정기적인 점검 및 테스트를 통해 작동 상태를 확인하고, 잠재적인 문제점을 사전에 예방함.
페일 세이프 설계: 고장이 발생하더라도 안전한 상태로 시스템을 유지하도록 설계됨.
최신 기술 동향
효율성 향상터빈 블레이드 설계 최적화: 공기 역학적 성능을 향상시켜 전력 생산 효율을 높임.
발전기 또는 유압 펌프 효율 향상: 에너지 변환 과정에서의 손실을 줄여 전체 시스템 효율을 높임.
소형화 및 경량화신소재 적용: 고강도 경량 소재를 사용하여 RAT의 무게를 줄이고 항공기 성능에 미치는 영향을 최소화함.
통합 시스템 설계: 여러 구성 요소를 통합하여 RAT의 크기를 줄이고 설치 공간을 확보함.
스마트 제어 시스템센서 및 제어 알고리즘: RAT의 작동 상태를 실시간으로 모니터링하고 최적의 성능을 유지하도록 제어함.
자가 진단 기능: 고장 발생 시 자동으로 진단하고 필요한 조치를 수행하여 유지 보수 비용을 절감함.
참고 문헌

2. 작동 원리

현대의 항공기는 일반적으로 응급 상황에서만 램 에어 터빈(RAT)을 사용한다.[2] 주 동력원과 보조 동력원 모두를 상실한 경우 RAT는 비행 제어, 연결된 유압 장치 및 중요 비행 계측 장비와 같은 필수 시스템에 전력을 공급한다.[3] 일부 RAT는 유압 동력만 생산하며, 이는 다시 발전기에 전력을 공급하는 데 사용된다.

현대 항공기에서 전력이나 유압과 같은 동력 발생원은 주 엔진 및 보조 동력 장치(APU)이지만, 둘 다 연료가 필요하다. 램 에어 터빈(RAT)은 비행 중인 기체 외부의 공기 흐름(비행풍)을 동력원으로 한다. 평상시에는 동체 또는 날개 안에 격납되어 있으며, 비상시에는 덮개가 열리고 전개된다.

RAT는 항공기의 속도로 인해 기류로부터 전력을 생성한다. 항공기 속도가 낮으면 RAT는 더 적은 전력을 생산한다. 정상적인 조건에서 RAT는 동체(또는 날개) 안으로 들어가며, 전력 완전 손실 후 수동 또는 자동으로 전개된다. 전력 손실과 RAT 전개 사이의 시간 동안에는 배터리가 사용된다.

3. 종류 및 출력

일부 초기 항공기(비행선 포함)에서는 소형 램 에어 터빈(RAT)이 영구적으로 장착되어 소형 발전기 또는 연료 펌프를 작동시켰다. 포케불프 Fw 189에 사용된 아르구스 As 410 엔진과 같은 일부 정속 프로펠러는 정속 제어를 위한 자체 포함형 피치 조절기를 작동시키기 위해 스피너에 프로펠러 터빈을 사용했다.

현대 항공기는 주 엔진 또는 보조 동력 장치라고 하는 추가 연료 연소 터빈 엔진에서 전력을 생성하며, 이는 종종 동체 후방 또는 주 휠 웰에 장착된다. 정상적인 조건에서 RAT는 동체(또는 날개) 안으로 들어가며, 전력 완전 손실 후 수동 또는 자동으로 전개된다. 전력 손실과 RAT 전개 사이에는 배터리가 사용된다.

3. 1. 종류

현대의 항공기는 일반적으로 응급 상황에 한해서만 램 에어 터빈(RAT)을 사용한다. 주 전원과 부 전원을 모두 소실한 경우 RAT는 필수적인 시스템(항공 관제, 연결 유압 동력, 비행 필수 기계장비)에 전기를 공급한다.[14] 일부 RAT는 유압 동력만 제공하며, 발전기에 전기를 공급하기 위해 사용된다.

동력을 잃는 것이 예상되는 군용기에는 RAT가 매우 흔하게 장착되어 있다. 대부분의 여객기도 RAT를 갖추고 있지만(1960년대의 비커스 VC-10 이후), 소형 민간 항공기에서의 장착 사례는 드물다. 에어버스 A380에는 프로펠러 직경 1.63m의 대형 RAT가 장착되어 있지만, 일반적으로는 80cm 정도의 RAT가 많다. 대형 여객기용 RAT의 출력은 5 ~ 70 킬로와트 정도이다. 프로펠러는 2엽 또는 4엽이 일반적이지만, 군용에서는 다익형 블레이드를 가진 덕티드 타입이 보급되고 있다(여객기용에서도 채용 사례가 증가하고 있다). 저속용 소형 RAT는 출력 400 와트인 것도 있다.

3. 2. 출력

현대 항공기는 일반적으로 비상 상황에서만 램 에어 터빈(RAT)을 사용한다.[2] 주 동력원과 보조 동력원 모두를 상실한 경우 RAT는 필수 시스템(비행 제어, 연결된 유압 장치 및 중요 비행 계측 장비)에 전력을 공급한다.[3] 일부 RAT는 유압 동력만 생산하며, 이는 다시 발전기에 전력을 공급하는 데 사용된다.

RAT는 항공기의 속도로 인해 기류로부터 전력을 생성한다. 항공기 속도가 낮으면 RAT는 더 적은 전력을 생산한다.

에어버스 A380에는 프로펠러 직경 1.63m의 대형 RAT가 장착되어 있지만, 일반적으로는 80cm 정도의 RAT가 많다. 대형 여객기용 RAT의 출력은 5kW ~ 70kW 정도이다. 프로펠러는 2엽 또는 4엽이 일반적이지만, 군용에서는 다익형 블레이드를 가진 덕티드 타입이 보급되고 있다(여객기용에서도 채용 사례가 증가하고 있다). 저속용 소형 RAT는 출력 400W인 것도 있다.

4. 군용

램 에어 터빈(RAT)은 갑작스럽고 완전한 동력 손실 시에도 항공기가 생존할 수 있도록 군용 항공기에 흔히 사용된다. VC-10을 시작으로 대부분의 여객기에도 장착되지만, 소형 민간 항공기에는 드물게 장착된다. 에어버스 A380에는 프로펠러 직경 1.63 미터의 대형 RAT가 장착되어 있지만, 일반적인 RAT의 크기는 80 센티미터 정도이다. 대형 여객기용 RAT의 출력은 5 ~ 70 킬로와트 수준이다. 프로펠러는 2엽 또는 4엽이 일반적이지만, 군용에서는 다익형 블레이드를 가진 덕티드 타입이 보급되고 있으며, 여객기에서도 채용 사례가 늘고 있다. 저속용 소형 RAT는 출력 400 와트인 것도 있다.

4. 1. 사용 예시

M61A1 벌컨포와 같은 포드 장착 시스템에도 동력을 공급한다. 영국 옐로 선과 레드 비어드와 같은 일부 자유 낙하 핵무기는 레이더 고도계와 발사 회로에 전력을 공급했는데, 이는 배터리보다 더 신뢰할 수 있는 대안이었다.[4][5]

고출력 전자 장비, 예를 들어 AN/ALQ-99 재밍 시스템은 표준 작동 상태에서 RAT에 의해 자체적으로 전원을 공급받을 수 있다. 이를 통해 포드 전용 전원 공급 장치 없이도 표준 하드포인트에 설치할 수 있다. 램 에어 터빈이 내장된 최대 5개의 AN/ALQ-99 시스템을 보잉 EA-18G Growler에 장착할 수 있으며, 날개 아래에 각 2개, 항공기 동체 아래에 1개가 설치된다. 각 AN/ALQ-99에는 각각 자체 지향성 안테나가 있는 2개의 송신기가 포함되어 있다. 이들은 제134 전자전 비행대대(VAQ-134)에서 사용한다.

램 에어 터빈으로 전원이 공급되는 날개 장착형 AN/ALQ-99 재밍 시스템이 크리스티안 아만푸어의 마크 에스퍼 국방 장관 인터뷰 배경으로 선택되었습니다.


이 외에 군사용 사례로는, M61A1형 개틀링포(벌컨)의 모터 구동 동력용, 그리고 전파 방해 시스템 AN/ALQ-99의 전원용으로 건포드 수납형 RAT가 장착되어 있으며, 이들은 비행 중 항상 회전하고 있다.

5. 민간용

램 에어 터빈은 여객기에 주로 장착되지만(1960년대 비커스 VC10 이후), 소형 민간 항공기에는 드물게 장착된다. 프로펠러는 주로 2엽 또는 4엽 형태를 사용한다.

5. 1. 사용 예시

다쏘 팔콘 7X(Dassault Falcon 7X) 비즈니스 제트기의 램 에어 터빈


1960년대의 비커스 VC10에서부터 시작하여 많은 현대식 여객기들은 램 에어 터빈(RAT)을 장착하고 있다.[6] 전기 발전기를 구동하는 램 에어 터빈은 VC10에서 중앙 집중식 유압 시스템이 아닌 "패키지화된" 유압 구동 비행 제어 시스템을 사용했기 때문에 선택되었다. VC10의 개별 패키지 유닛은 각각 전기로 구동되었고, 따라서 VC10의 비상시 이중화는 4개의 발전기와 대부분의 RAT가 유압 펌프를 구동하던 시기에 백업 RAT 발전기에 의존했다.[7]

에어버스 A320의 램 에어 터빈


에어버스 A380은 직경 1.63m로 세계에서 가장 큰 RAT를 가지고 있지만, 약 80cm가 더 일반적이다. 상업용 항공기의 일반적인 대형 RAT는 발전기에 따라 5~70kW의 출력을 낼 수 있다. 더 작고 낮은 속도의 모델은 400와트만큼 적은 전력을 생산할 수 있다.

에어버스 A350의 RAT (동체 왼쪽 하단에서 보임)


RAT는 또한 액체 물질을 경작지에 살포하기 위해 농약 살포기로 사용되는 항공기의 살포 시스템에 압력을 가하기 위한 원심 펌프를 구동하는 데에도 사용되어 왔다. RAT를 선택하는 주요 이유는 안전이다. 미국에서 RAT를 사용하면 항공기의 FAA 인증 엔진과 전력 시스템을 수정할 필요가 없다. 펌프는 동체의 낮거나 외부에 배치할 수 있으므로 펌프를 구동하기 위해 엔진 동력 인출 장치를 사용할 필요가 없어 배관이 크게 단순화된다. 배관의 가장 낮은 지점에 위치하여 살포 탱크로부터 중력 공급을 받으며 시동할 필요가 없다. 펌프 고장으로 인한 파손이 발생할 경우 살포 시스템이 작동하지 않는다는 사실 외에는 항공기 또는 시스템의 비행 능력에 아무런 영향이 없다.

6. RAT 이용과 관련한 사고

다음은 램 에어 터빈이 작동된 항공 사고이다.


  • 1974년: 영국항공 910편[8][9]
  • 1983년: 에어 캐나다 143편 (김리 글라이더 사고)
  • 1996년: 에티오피아 항공 961편 납치 사건
  • 2000년: 하파크 로이드 항공 3378편
  • 2001년: 에어 트랜셋 236편 (아조레스 글라이더 사고)
  • 2004년: 피나클 항공 3701편
  • 2009년: US 에어웨이스 1549편[10]
  • 2010년: 캐세이퍼시픽 항공 780편
  • 2016년: 에어 캐나다 361편[11]
  • 2018년: 스마트링크스 에스토니아 9001편[12]
  • 2020년: 파키스탄 국제 항공 8303편
  • 2022년: LATAM 파라과이 1325편
  • 2024년: 버진 애틀랜틱 105편[13]

참조

[1] 웹사이트 Airworthiness Directives; Bombardier Model CL-600-2B19 (Regional Jet Series 100 & 440) Airplanes https://www.federalr[...] Federal Aviation Administration (FAA) 2009
[2] 서적 Naval Fighters Number Sixty-Four North American A-5A, RA-5C Vigilante—UTILITY HYDRAULIC SYSTEM: RAM-AIR TURBINE Steve Ginter 2003
[3] 웹사이트 FAA Aircraft Aviation Maintenance Technician Handbook - Airframe. Chapter 12 Hydraulic and Pneumatic Power Systems. Ram Air Turbine (RAT) https://www.faa.gov/[...] Federal Aviation Administration (FAA) 2012
[4] 웹사이트 ALQ-99 Tactical Jamming System https://www.navy.mil[...] U.S.Navy 2021-07-30
[5] 웹사이트 AN/ALQ-99 Tactical Jamming System (TJS) https://man.fas.org/[...] Federation of American Scientists 2023-07-30
[6] 간행물 Vicker VC10 https://www.flightgl[...] 1962-05-10
[7] 간행물 Flying-Control Systems https://www.flightgl[...] 1968-09-26
[8] 웹사이트 Incident Vickers VC-10-1151 G-ASGL, 04 Dec 1974 https://aviation-saf[...] 2022-11-04
[9] 웹사이트 Incidents and Accidents https://www.vc10.net[...] 2022-11-04
[10] 뉴스 Investigators offer details of flight's few minutes https://www.nytimes.[...] 2022-10-28
[11] 웹사이트 Incident Embraer ERJ-190AR (ERJ-190-100 IGW) C-FHOS, 25 May 2016 https://aviation-saf[...] 2022-11-04
[12] 웹사이트 ASN Aircraft accident Airbus A320-214 ES-SAN Tallinn-Lennart Meri Airport (TLL) https://aviation-saf[...] 2022-11-04
[13] Youtube '#EmergencyLanding at Heathrow Britain's Busiest Airport - Virgin 787 VS105 fuel dumps & deploys RAT!' https://www.youtube.[...] 2024-01-30
[14] 웹인용 FAA Aircraft Aviation Maintenance Technician Handbook - Airframe. Chapter 12 Hydraulic and Pneumatic Power Systems. Ram Air Turbine (RAT) https://www.faa.gov/[...] Federal Aviation Administration (FAA) 2012
[15] 뉴스 Investigators Offer Details of Flight’s Few Minutes https://www.nytimes.[...] NYTimes.com 2009-01-17


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