[논문]T-50 엔진 공중재시동 시험

정주현; 이상효; 박선욱; 정인면; 이상백

doi:10.5139/jksas.2006.34.2.090

T-50 엔진 공중재시동 시험
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T-50과 같이 단발 엔진을 장착한 항공기의 경우, 공중에서 엔진의 재시동 능력은 매우 중요한데, 본 논문에서는 T-50 엔진의 공중재시동 능력을 검증하기 위해 다양한 비행조건에서 수행한 Spooldown 공중재시동과 APU 보조 공중재시동(APU Assisted Airstart) 그리고 자동재점화(Auto-Relight) 공중재시동 시험 결과를 제시하였다. 자동재점화 공중재시동이 실패하기도 했으나, FADEC의 실화감지 스케줄을 수정한 후 재시동에 성공하는 등 계획된 시험은 모두 성공적으로 수행되어 T-50의 우수한 공중재시동 능력을 확인할 수 있었다.

For single engine application like T-50, advanced supersonic jet trainer, airstart capability is very important. This paper presents the results of airstart tests performed to verify T-50 airstart capability for various flight condition. The tests include spooldown, APU assisted and auto-relight airstart tests. Except for the auto-relight tests T-50 engine was successfully restarted for all airstart tests. After modifying FADEC flameout detection schedule, auto-relight tests also were successfully demonstrated. Through T-50 engine airstart tests excellent T-50 airstart capability was validated.

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문제 정의

T-50의 각 계통과 전체 시스템에 대한 요구도를 검증하고, 항공기 운용에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 다양한 비행시험을 수행하였는데, 본논문에서는 T-50 엔진의 공중재시동 능력을 검증하기 위해 실시한 시험 결과를 다루었다.

제안 방법

APU 운용영역을 고려하여 APU 보조 공중 재시동 시험은 총 6개의 시험조건에서 이루어졌는데, Fig. 6에는 고도 20, 00.0피트, 마하수 0.6인 조건에서 수행한 시험결과를 나타내었다.
T-50 엔진 공중재시동 시험 중 실시한 자동 재점화 시험을 통해 FADEC의 실화감지 스케줄 상의 문제를 확인하고, 이를 수정할 수 있었다.
T-50 엔진의 공중재시동 시험은 비행 중인 항공기에 엔진 실화(Flameout)가 발생할 경우, 조종사가 비상절차에 따라 수행하는 재시동 방법인 Spooldown과 APU 보조 공중재시동, 그리고 조종사의 조작과 무관하게 FADEC이 엔진 실화를 미리 정해진 로직에 따라 감지하여 재점화를 수행하는 공중재시동 시험 등으로 구성되었다. 구체적인 시험 조건이나 방법은 단발 훈련기의 안전을 최우선적으로 고려하고 엔진 및 APU 규격서에 나와있는 시동관련 요구도와 엔진의 고고도시험결과 등에 대한 기술적인 분석을 통해 결정하였는데, T-50에서 수행한 공중재시동 시험조건을 Fig.
구체적인 시험 조건이나 방법은 단발 훈련기의 안전을 최우선적으로 고려하고 엔진 및 APU 규격서에 나와있는 시동관련 요구도와 엔진의 고고도시험결과 등에 대한 기술적인 분석을 통해 결정하였는데, T-50에서 수행한 공중재시동 시험조건을 Fig. 3에 나타내었다.
따라서, 고고도에서 FADEC의 실화 감지 기능을 통해 신속한 재점화가 이루어지도록 고도와 PLA에 의해 결정되는 EGT 참조값을 상향 조정한 이후에 자동재점화 시험을 다시 수행하였고, 그 결과를 Fig. 8에 나타내었다. 반복된 시험에서는 실화를 유발한 이후 PLA를 다시 아이들에 위치시켰을 때 비교적 높은 회전수인 70% 부근에서 FADEC에 의한 재점화가 신속히 이루어졌고, 엔진은 아이들회전수로 원만하게 가속되어 안정화되었다.
따라서, F404-GE-102 엔진의 공중재시동 능력은 F404-GE-402 엔진의 그것과 유사하다고 볼 수 있다. 또한, 개발기간 중에 수행한 고고도 시험을 통해 F404-GE-102 엔진의 재시동 능력을 충분히 검증하였다[1]. 이러한 이유로 T-50의 공중 재시동시험은 새로 개발된 엔진을 장착한 경우와 같이 폭넓게 이루어지고 않고, 제한적인 범위 내에서 장착 엔진의 재시동 능력을 검증할 수 있도록 계획되 었다 [2].

성능/효과

T-50 엔진 공중재시동 시험을 통해 다양한 비행조건에서 Spooldown, APU 보조, 자동재점화공중재시동 시험들을 수행하여 T-50 엔진의 공중재시동 능력을 확인할 수 있었다. 특히, 실화감지스케줄과 관련된 문제로 고고도에서 수행한 자동재점화 공중재시동이 실패했을 때에도 연이은 Spooldown 공중재시동이 성공적으로 수행되는등 T-50 엔진은 뛰어난 공중재시동 능력을 보여주었다.
8에 나타내었다. 반복된 시험에서는 실화를 유발한 이후 PLA를 다시 아이들에 위치시켰을 때 비교적 높은 회전수인 70% 부근에서 FADEC에 의한 재점화가 신속히 이루어졌고, 엔진은 아이들회전수로 원만하게 가속되어 안정화되었다.
그런데, T-50 흡입구 풍동 시험 결과에의하면 비행속도가 높고 흡입 유량이 낮은 경우에는 흡입구 덕트 내의 공진 현상 때문에 엔진으로 유입되는 유동의 불안정성이 증가한다. 이런현상이 공중재시동에 영향을 미칠 수도 있는데, 마하수가 높고 엔진회전수가 낮아 흡입유량이 작은 조건에서 수행한 Spooldown 공중재시동들이성공적으로 수행되어 흡입구 풍동시험에서 나타난 유동 불안정성이 재시동에 별다른 영향을 미치지 않음을 확인하였다. T-50 비행교범에는 고고도에서 엔진 실화가 발생하면 항공기의 마하수를 증가시키면서 Spooldown 공중재시동을 수행하도록 하는 비상절차와 APU 작동 영역 내에서수행하는 APU 보조 공중재시동과 관련된 비상절차 등이 제시되어 있는데, 공중재시동 시험을통해 비행교범에 제시된 비상절차의 타당성을 검증할 수 있었다.
엔진이 아이들회전수에 도달하지 못 하자 조종사는 대략 170초쯤에서 PLA 조작에 따른 엔진 반응을 점검하였는데, 엔진회전수의 변화가 나타나지 않았다. 이와 같이 자동재점화에 의한 공중 재시동이 실패했음을 확인한 후, 조종사는 계획된 대로 고도 강하를 통해 항공기의 속도를 상승시킴과 동시에 Spooldown 공중재시동 절차를 수행하여 엔진 재시동에 성공하였다.

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