제트화염반사판
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1. 개요
제트 화염 반사판은 제트 엔진에서 발생하는 고온의 배기가스로부터 주변 환경과 장비를 보호하기 위해 사용되는 장치이다. 공항에서는 활주로 시작 부분, 유도로와 공항 경계 등에 설치되어 제트 분사로 인한 피해를 예방하며, 항공모함에서는 함재기 이륙 시 다른 항공기, 승무원, 갑판 장비를 보호하기 위해 비행 갑판에 설치된다. 제트 화염 반사판은 콘크리트나 금속으로 제작되며, 블라스트 펜스라고도 불린다. 항공모함의 경우, 고온에 노출되는 문제를 해결하기 위해 냉각 시스템을 갖추거나 열 분산 세라믹 타일을 사용하는 등 다양한 기술이 적용된다.
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| 제트화염반사판 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 명칭 | 제트 화염 반사판 |
| 영어 명칭 | Jet Blast Deflector (JBD) |
| 다른 명칭 | 블래스트 펜스 (Blast Fence) |
| 목적 | |
| 주요 기능 | 제트 엔진으로부터의 배기 흐름을 안전하게 전환 |
| 설치 장소 | 활주로 항공모함의 갑판 |
| 작동 원리 | |
| 기본 원리 | 배기 가스의 방향을 위쪽으로 틀어 주변 인원과 장비 보호 |
| 추가 기능 | 항공기 손상 방지 |
| 종류 | |
| 종류 | 고정식 이동식 |
| 활용 | |
| 활용 분야 | 민간 공항 군사 공항 항공모함 |
| 필요성 | 항공기 운항 안전 확보 및 지상 근무자 보호 |
2. 공항
제트 화염 반사판은 1950년대부터 공항에 등장하기 시작했다.[3][4] 1960년대 공항에서는 높이가 약 1.83m에서 약 2.44m인 제트 화염 반사판을 사용했지만, 1990년대에는 두 배나 높은 반사판이 필요했으며,[5] 맥도넬 더글러스 DC-10 및 MD-11과 같이 동체가 아닌 꼬리에 엔진이 장착된 제트 여객기의 경우 최대 약 10.67m 높이의 반사판이 필요했다.[2]
제2차 세계 대전 이후, 제트 엔진 탑재 항공기(CTOL기)가 운용되면서, 제트 엔진이 발생시키는 고온 고압의 분사가 기체의 후방으로 분사되는 것이 문제가 되었다. 이는 주기장에서 작업하는 차량이나 작업자에게 위험할 뿐만 아니라, 분사 방향에 따라 비행장의 설비나 다른 기체를 손상시켜 사고로 이어질 수 있기 때문에, 이에 대한 방호 설비가 필요했다. 지상에서 제트 엔진의 시운전을 할 때에도 비슷한 위험이 발생하므로, 엔진을 정비하는 시설에서도 유사한 설비의 필요성이 생겼다.
한편, 제트 엔진이 아닌 로켓 엔진의 분사를 위한 "블라스트 디플렉터"도 존재한다.
2. 1. 목적
고에너지 제트 엔진 배기가스는 부상 및 손상을 유발할 수 있다. 제트 분사는 나무를 뿌리째 뽑고, 창문을 깨뜨리고, 자동차와 트럭을 뒤집고, 부실하게 만들어진 구조물을 무너뜨리고, 사람을 다치게 하는 것으로 알려져 있다.[1] 제트 분사 내 다른 항공기, 특히 경량 항공기는 제트 배기가스에 의해 날아가 손상될 수 있다.[1] 최대 100kn의 속도로 움직이는 허리케인 급 기류가 가장 큰 제트 추진 항공기 뒤에서 약 60.96m 이상의 거리에서 측정되었다.[1] 보잉 777의 두 제너럴 일렉트릭 GE90 엔진을 합하면 약 200000lbf의 추력을 생성하며,[2] 이 정도의 힘은 사람을 죽일 수 있을 정도로 강력하다.[1] 이러한 문제를 예방하기 위해 제트 분사 반사판은 기류를 위험하지 않은 방향, 종종 위쪽으로 방향을 바꾼다.제2차 세계 대전 이후, 제트 엔진 탑재 항공기(CTOL기)가 운용되면서, 제트 엔진이 발생시키는 고온 고압의 분사가 기체의 후방으로 분사되는 것이 문제로 대두되었다. 이는 주기장에서 작업하는 차량이나 작업자에게 위험할 뿐만 아니라, 분사 방향에 따라 비행장의 설비나 다른 기체를 손상시켜 사고로 이어질 수 있기 때문에, 이에 대한 방호 설비가 필요했다. 또한, 지상에서 제트 엔진의 시운전을 할 때에도 비슷한 위험이 발생하므로, 엔진을 정비하는 시설에서도 유사한 설비의 필요성이 생겼다. 이러한 이유로 비행장에 설치된 것이 JBD이다.
한편, 제트 엔진이 아닌 로켓 엔진의 분사를 위한 "블라스트 디플렉터"도 존재한다.
2. 2. 설치 위치
공항은 특히 도로 또는 구조물이 인접한 경우 활주로 시작 부분에 제트 화염 반사판을 설치하는 경우가 많다. 밀집된 도시 지역에 있는 공항은 종종 유도로와 공항 경계 사이에 반사판을 설치한다.[3][4][5][2][6][7]2. 3. 구조
제2차 세계 대전 이후, 제트 엔진을 탑재한 CTOL기가 운용되면서, 제트 엔진이 발생시키는 고온 고압의 분사가 기체 후방으로 분사되는 것이 문제가 되었다. 이는 주기장에서 작업하는 차량이나 작업자에게 위험할 뿐만 아니라, 분사 방향에 따라 비행장의 설비나 다른 기체를 손상시켜 사고로 이어질 수 있기 때문에, 이에 대한 방호 설비가 필요했다. 또한, 지상에서 제트 엔진의 시운전을 할 때에도 비슷한 위험이 발생하므로, 엔진을 정비하는 시설에서도 유사한 설비의 필요성이 생겼다. 이러한 이유로 비행장에 제트화염반사판(JBD)이 설치되었다.제트화염반사판은 콘크리트 또는 금속으로 만들어지며, 제트 분사를 차단할 수 있도록 수직으로 세워진 정방형 또는 장방형의 판상 구조물이다. 제트 분사를 차단할 뿐만 아니라 안전한 방향으로 분사를 유도하기 위해 위쪽으로 경사지거나, 기저부가 위쪽으로 원호형을 이루는 구조가 많다.[6] 그러나 블라스트 펜스 뒤에 저압대가 형성되어 주변 공기와 잔해가 제트 배기와 함께 위로 끌어올려지고, 뜨겁고 유독한 가스가 블라스트 펜스 뒤로 순환할 수 있다.[7] 이러한 문제를 해결하기 위해 여러 패널과 다양한 각도, 슬롯형 패널 표면을 사용하여 설계한다.[7]
콘크리트제에는 내열성 및 강도를 고려하여 판상 구조가 아닌 엄폐호와 유사한 구조로 만들어진 것도 있다. 금속판으로 제작된 것 중에는 견인차로 이동 가능한 것도 존재한다.
2. 4. 지상 런업 인클로저
제트 엔진을 정비하거나 부품을 교체한 후에는 엔진을 최대 추력으로 가동하여 테스트하는 것이 일반적이다.[7] 이때 발생하는 소음을 줄이기 위해, 일부 공항에서는 지상 런업 인클로저("허쉬 하우스")를 사용한다.[7]3. 항공모함
항공모함(항모)의 비행 갑판 위에 설치된 지원 장비로, 주로 캐터펄트의 시작 위치 뒤쪽에 있으며, 제트 항공기의 사출 시 전개된다. 제2차 세계 대전 후, 제트 엔진을 탑재한 항공기가 함상기(CTOL기)로 항공모함에서 운용되기 시작하면서, 제트 엔진의 분사 가스 및 화염으로 인해 사고가 잇따라 발생하여 사고 방지를 위한 조치로 개발되었다. 그 용도는 지상용과 마찬가지로 사출되는 제트 항공기의 분사 가스에서 후속 기체나 주변 작업자 등을 보호하는 것이다.
초창기 JBD는 정사각형의 소형이었지만, 항공기가 대형화되고 엔진의 출력이 높아짐에 따라 JBD도 대형화되었으며, 열에 견디기 위해 냉각 기구가 장착되었다. JBD는 항공기가 캐터펄트 사출 위치에 도착하는 데 맞춰 전개됨과 동시에, 내장된 배관에 냉수를 순환시켜 제트 엔진에서 나오는 분사 가스 및 화염으로부터 JBD 자체를 보호한다. 항공기가 캐터펄트에서 사출된 후에는 비행 갑판에 수납되어 후속 제트 항공기가 소정의 위치에 도착하는 데 방해가 되지 않도록 한다.
한편, 항공모함에 장비된 것과 동일한 JBD가 지상 설비로 설치된 사례도 있는데, 이는 제트 함상기의 개발 및 시험 시 항공모함과 동일한 환경에서 실제 테스트를 수행하기 위한 설비이다.
3. 1. 작동 방식
항공모함은 다른 항공기를 배기가스에 의한 피해로부터 보호하기 위해 항공기 사출기 뒤쪽에 제트 화염 반사판(JBD)을 사용한다. JBD는 유압 실린더 또는 선형 액추에이터에 의해 올리고 내릴 수 있는 튼튼한 재질로 만들어진다.[7] JBD는 항공기가 사출기로 이동하기 위해 그 위를 지나갈 때까지 비행 갑판과 수평을 이루며 비행 갑판의 일부 역할을 한다. 항공기가 반사판에서 벗어나면, 무거운 패널이 뜨거운 제트 화염을 다른 방향으로 향하도록 들어 올려진다.[7] 반사판이 올라가자마자 다른 항공기를 그 뒤에 배치할 수 있으며, 비행 갑판 승무원은 뜨겁고 강력한 배기가스 위험 없이 최종 준비 작업을 수행할 수 있다.
항공모함의 JBD는 4세대 제트 전투기 배기가스의 고온에 매우 근접하게 배치된다.[6] 이러한 열 문제를 완화하기 위해, 1970년대에는 소화전(소화수 시스템)을 활용하여 반사판 패널 내의 물관을 통해 해수를 순환시키는 능동 냉각 시스템이 설치되었다.[9] 그러나 이 수냉 시스템은 더 많은 복잡성과 고장 지점을 추가하고 추가적인 유지 보수를 필요로 한다. 미국 해군이 열 문제를 해결하기 위해 시도한 가장 최근의 방법은 2008년 USS ''조지 H.W. 부시''에 도입되었으며, 우주왕복선에 사용된 것과 유사한 열 분산 세라믹 타일로 덮인 고강도 금속 패널을 사용한다.[10]
3. 2. 냉각 시스템
4세대 제트 전투기 배기가스의 약 1260.0°C에[9] 육박하는 고온 때문에, 항공모함의 제트 화염 반사판(JBD)은 열 손상을 입기 쉽다.[6] 1970년대에는 이를 방지하기 위해 소화전(소화수 시스템)을 이용하여 반사판 패널 내의 물관을 통해 해수를 순환시키는 능동 냉각 시스템이 설치되었다.[9] 그러나 이 수냉 시스템은 복잡성을 증가시키고, 고장 발생 가능성을 높이며, 추가적인 유지 보수를 필요로 했다.미국 해군은 이러한 열 문제를 해결하기 위해 2008년 USS ''조지 H.W. 부시''에 우주왕복선에 사용된 것과 유사한 열 분산 세라믹 타일로 덮인 고강도 금속 패널을 도입했다.[10] 타일 패널은 빠르고 쉽게 교체할 수 있으며, 선박은 대량의 교체 부품을 싣고 다닌다.[10] 수동적으로 타일 처리된 반사판은 능동적인 물관이 없어 훨씬 적은 유지 보수를 필요로 할 것으로 예상된다.[10]
3. 3. 한국 해군의 항공모함
한국 해군은 현재 항공모함을 보유하고 있지 않지만, 향후 항공모함 도입 시 제트화염반사판(JBD)은 필수적인 장비가 될 것이다. 특히 독도함과 마라도함은 경항공모함으로 개조될 가능성이 있으며, 이 경우 JBD 설치가 필요할 수 있다.4. 기타
제트 화염 반사판은 흔히 "폭풍 반사판"으로 불리기도 하지만, 이 용어는 다른 용도로도 사용된다. 포술에서 "폭풍 반사판"은 대포의 포구 폭풍으로부터 포병을 보호하는 장치를 의미한다. 소화기에서 "폭풍 반사판"은 자동 사격 시 포구가 위로 들리는 것을 방지하기 위해 포구 폭풍을 측면과 위로 향하게 하는 소염기의 또 다른 이름이다.[11]
로켓 엔진의 분사를 위한 "블라스트 디플렉터"도 존재한다.
금속제는 '''블라스트 펜스'''(Blast fence)라고도 불린다.
참조
[1]
간행물
ASRS Directline
http://asrs.arc.nasa[...]
Morrison, Rowena
1993-08
[2]
특허
Split exhaust jet blast deflector fence
1995-07-04
[3]
특허
Blast fence for jet engines
1955-12-13
[4]
특허
Jet engine exhaust deflector
1958-03-11
[5]
특허
Jet blast deflector fence
1992-07-07
[6]
특허
Blast deflector
2004-10-12
[7]
특허
Blast deflecting fence
1984-09-18
[8]
웹사이트
CV-9 Essex Class: Overview.
http://www.fas.org/p[...]
2011-03-10
[9]
특허
Cooled jet blast deflectors for aircraft carrier flight decks
2003-06-10
[10]
웹사이트
CVN-77 - George H.W. Bush.
http://www.globalsec[...]
2006-07-10
[11]
서적
Ballistics: Theory and Design of Guns and Ammunition
CRC Press
2007
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