비행운은 항공기가 차가운 대기를 비행할 때 엔진 배기의 수증기가 응축하여 발생하는 구름을 말한다. 비행운은 지구 온난화의 원인중 하나로 지목되고 있으며 군사적으로는 항공기 스텔스 기술과 연관되어 있으므로, 이를 저감하기 위한 관련 연구가 진행되었다. 그러나 우리나라의 경우 관련 연구가 전혀 진행되지 않은 실정이므로, 연구 수행을 위한 기초자료로써 선진국의 비행운 저감 기술 사례를 집중적으로 분석할 필요가 있다. 본 논문에서는 선진국에서 수행되었던 비행운 저감 기술 동향을 카테고리 별로 파악하고, 제시된 각 기술들의 타당성과 실현 가능성을 분석하였다. 또한 관련 기술의 적용 및 상용화를 위한 방향을 제안하였다.
비행운은 항공기가 차가운 대기를 비행할 때 엔진 배기의 수증기가 응축하여 발생하는 구름을 말한다. 비행운은 지구 온난화의 원인중 하나로 지목되고 있으며 군사적으로는 항공기 스텔스 기술과 연관되어 있으므로, 이를 저감하기 위한 관련 연구가 진행되었다. 그러나 우리나라의 경우 관련 연구가 전혀 진행되지 않은 실정이므로, 연구 수행을 위한 기초자료로써 선진국의 비행운 저감 기술 사례를 집중적으로 분석할 필요가 있다. 본 논문에서는 선진국에서 수행되었던 비행운 저감 기술 동향을 카테고리 별로 파악하고, 제시된 각 기술들의 타당성과 실현 가능성을 분석하였다. 또한 관련 기술의 적용 및 상용화를 위한 방향을 제안하였다.
Contrail is type of clouds which are formed by a condensation of water vapour from the aircraft exhaust when the aircraft is flying the cold atmosphere. Since contrails have considerable effect on greenhouse-effect and military stealth efficiency, researches about contrail avoidance technology has b...
Contrail is type of clouds which are formed by a condensation of water vapour from the aircraft exhaust when the aircraft is flying the cold atmosphere. Since contrails have considerable effect on greenhouse-effect and military stealth efficiency, researches about contrail avoidance technology has been conducted for decades. However, none of the previous researches concerning contrail avoidance was carried out in Korea. Thus, review of the previous study regarding contrail reduction is absolutely needed. In this paper, researches conducted by several countries are categorically introduced, and practicabilities of their methods are analyzed. This paper also suggests some practical and systematized way to conduct future researches about contrail avoidance.
Contrail is type of clouds which are formed by a condensation of water vapour from the aircraft exhaust when the aircraft is flying the cold atmosphere. Since contrails have considerable effect on greenhouse-effect and military stealth efficiency, researches about contrail avoidance technology has been conducted for decades. However, none of the previous researches concerning contrail avoidance was carried out in Korea. Thus, review of the previous study regarding contrail reduction is absolutely needed. In this paper, researches conducted by several countries are categorically introduced, and practicabilities of their methods are analyzed. This paper also suggests some practical and systematized way to conduct future researches about contrail avoidance.
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문제 정의
VGVs 설치를 통한 비행운 저감 방법은 터빈 입구온도(Turbine inlet temperature ; 이하 TIT)를 임의로 높여 항공기의 효율을 일시적으로 낮춤으로써 비행운을 저감하는 것이 목표이다. VGVs를 사용하여 터빈입구 온도를 증가시켰을 때 비행운이 형성되는 임계온도가 평균 1.
본 논문은 선진국의 기존 비행운 저감 기술 동향을 파악하고 기술 상용화 가능성을 검토하여, 향후 국내비행운 저감 기술 연구를 위한 기초 자료를 제공하는데 그 목적이 있다.
비행고도 변경에 관한 연구 사례로 독일 린덴베르크에서 진행된 연구를 들 수 있다[14]. 이 연구에서는 라디오존데(Radiosonde)데이터를 이용하여 비행운이 형성되기 좋은 얼음 과포화 대기 구간을 탐색하고, 해당 구간의 비행을 최대한 회피하는 방법을 통해 비행운을 저감시키는 방법을 제시했다. Figure 3 은 독일 린덴베르크에서 라디오존데를 이용하여 2000년 2월부터 2001년 4월까지 조사한 대류권과 성층권 하층부의 상대습도분포자료이다.
제안 방법
VGVs 설치를 통한 비행운 저감 방법은 터빈 입구온도(Turbine inlet temperature ; 이하 TIT)를 임의로 높여 항공기의 효율을 일시적으로 낮춤으로써 비행운을 저감하는 것이 목표이다. VGVs를 사용하여 터빈입구 온도를 증가시켰을 때 비행운이 형성되는 임계온도가 평균 1.5K 낮아지는 것을 시뮬레이션을 통해 증명하였다. 하지만 터빈 입구온도가 너무 높아질 경우 터빈재료가 고온을 견딜 수 없고, VGVs 설치로 인한 페널티 대비 비행운 저감 효과가 극히 낮다고 보고하고 있다[9].
본 연구를 통해 선진국의 비행운 저감 기술을 카테고리별로 분류하고 각각의 주요한 방법 및 특징을 확인하였다. 대부분의 기술은 이론적으로는 타당성을 가지나 실제 적용하기에는 경제적, 공학적 측면 등에서 어려움이 발생하였다.
대상 데이터
클로로술폰산은 B-2 폭격기와 F-177A 전투기에 실제로 적용되었으며, 그 외에도 RB-57 Canberra와 무인 항공기 Ryan 147 model과 같은 다양한 항공기를 통해 실험된 사례가 있다(Figure 6). 클로로술폰산은 각종 실험과 실전 경험을 통해 비행운 억제에 확연한 효과가 있다는 것이 검증되었으나 강한 부식성과 높은 독성으로 인해 피부에 닿을 경우 심한 화상과 함께 손상을 일으키며 흡입할 경우 호흡기 점막 조직과 기도상위부 조직에 내부 화상을 초래한다.
성능/효과
액체 수소연료(LH2)는 기존의 항공 연료에 비해 약2.6배의 물을 배출하나, 에어로졸(aerosol)이 억제되므로 비행운 저감에 효과적인 연료로 제시되었다.
후속연구
본 연구의 내용을 바탕으로 항공기 비행운 저감의 중요도를 확인할 수 있었으며, 국내에서도 관련 연구를 진행하여 미래 군용 항공기의 스텔스성을 선진국수준으로 갖추어야 할 것으로 판단된다.
앞에서 언급했듯이 화학 후처리 방법은 환경적인 문제가 발생할 가능성이 높다. 하지만 실제적으로 가능성이 가장 높은 방법이며, 연구가 더욱 진행된다면 비행운 감소효과가 매우 높을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
비행운이란 무엇인가?
비행운(Contrail)은 항공기가 차가운 대기를 비행할 때 엔진 배기의 수증기가 응축하여 발생하는 구름을 뜻하며, 일상생활에서 빈번하게 관찰 가능하다. 항공기엔진 배기가스는 대부분 이산화탄소와 수증기로 이루어져 있는데, 배기가 항공기 주위의 차가운 대기를 만나 응결하여 긴 띠 형태의 구름인 비행운이 형성된다[1,2].
비행운은 어떻게 형성되는가?
비행운(Contrail)은 항공기가 차가운 대기를 비행할 때 엔진 배기의 수증기가 응축하여 발생하는 구름을 뜻하며, 일상생활에서 빈번하게 관찰 가능하다. 항공기엔진 배기가스는 대부분 이산화탄소와 수증기로 이루어져 있는데, 배기가 항공기 주위의 차가운 대기를 만나 응결하여 긴 띠 형태의 구름인 비행운이 형성된다[1,2].
비행운의 종류를 분류하는 방법은?
비행운의 종류는 비행운의 형상에 따라 단기 비행운(Shortlived contrail), 지속 비행운(Persistent contrail) 및 지속 확산 비행운(Persistent spreading contrail)으로 나누어지는데, 이는 항공기 주위 대기 상태에 따라 결정된다. 만약 대기가 수증기에 대해 충분히 포화되지 않은 상태라면 항공기 배기에서 발생한 비행운은 곧 대기 중으로 증발하여 비행운의 길이가 제한되는데, 이를 단기 비행운(Short-lived contrail)이라고 한다. 반면 대기가 수증기에 대해 포화상태라면 비행운은 항공기 후방으로 선처럼 길게 생성되며 장기적으로 지속된다. 이러한 비행운을 지속 비행운(Persistent contrail)이라고 하며, 여기서 기류에 의해 확산되어 권운으로 진화한 비행운을 지속 확산 비행운(Persistent spreading contrail)이라고 한다[2].
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