1. 서론(p1)

 □ 오랜 세월에 걸쳐, 항공기 장비품의 전기화(MEA, More Electric Aircraft)는 항공기 제조업체에게 하나의 큰 목표였음

  ○ 민간기 분야에서는 MEA에 의해 기체 중량을 경감하면 연료 효율을 향상시킬 수 있고 이를 통해 운항 비용을 절감시킬 수 있음

  ○ 군용기 분야에서는 전투시의 기체의 취약성(피탄(被彈)에 의한 유압 배관의 파손 등)을 감소시키며, 보다 많은 무기 장착이나 방어를 위해 기체 내부 공간을 활용할 수 있음

 □ MEA는 전기 부품의 능력 부족 등에 의해 실현이 곤란했지만, 최근의 기술 혁신에 의해 A380(단거리용 여객기사) 및 787(보잉사) 등에서 실현

가. MEA의 개요(p1)

 □ MEA란 유압 및 엔진 추기(抽氣, air bleed)를 이용하고 있는 부분을 전기(電氣)로 바꾸는 것으로, 항공기 설계 관계자의 사이에서 MEA의 추진을 검토하기 시작한 지 20년 이상이 되었지만, 실용화를 위한 기술 개발이 좀처럼 진행되지 않고 있으며, 현재 A380 및 787에서 겨우 실현되는 단계

나. 전기화의 이점(p2)

(1) 운항 성능(연비)의 향상

 □ MEA의 채용에 의해, 필요한 동력의 절감 및 기체 중량의 경감이 실현되어, 결과적으로 소비 연료를 절감할 수 있음

(2) 정비성의 향상

 □ 통상적으로 기체의 정비에서 공기압과 유압 시스템은 정비에서 많은 인력과 시간이 소요되는 부분이며, 또 배관의 접속 부분은 외력에 의한 변형 등에 의해 이상이 발생할 가능성이 있어, 정기적인 점검이 필요로 함

 □ 그러나, MEA에 의한 최신의 전기 시스템은 이러한 정비를 필요로 하지 않기 때문에 정비를 간편화할 수 있음

(3) 안전성 향상

 □ MEA는 분산 시스템의 설계를 가능하게 하며, 이러한 분산 시스템에 의해 일반적으로 용적·중량의 엄격하게 제한된 기체에서도 고장에 대한 가외성(redundancy)을 충분히 고려할 수 있는 설계가 가능

가. A380의 사례(p3)

 □ 매우 한정된 범위이지만, A380은 MEA를 채용한 최초의 여객기로, EHA(Electro-Hydrostatic Actuator, 전기 유압 액추에이터)와 EBHA(Electrical Back-up Hydraulic Actuator, 백업식 EHA)의 채용하여 2계통으로 하고 있음

  ○ A320 등에서는 "YELLOW", "GREEN", "BLUE"라고 불리는 3계통의 유압 계통을 이용(3H방식)

  ○ A380에서는 "BLUE" 계통을 배제해, EHA나 EBHA 등의 전기를 동력원으로 하는 액추에이터를 이용(2H+2E 방식)

 □ 또, A380은 전기식의 역추진력 장치와 EHA 브레이크를 도입하는 동시에, 기내에 필요한 전력을 공급하기 위한 최신식의 가변 주파수 발전기를 활용

나. 787의 사례(p4)

 □ 787은 A380보다 MEA를 대담하게 도입하고 있지만, A380과 같이 EHA를 대대적으로 채용하지는 않고 있음

 □ 787에서의 주요 MEA 항목은 다음과 같음

  ○ 날개의 제빙 장치(deicing equipment)를 추기 에어식으로부터 전기식으로 대체

  ○ 통상의 추기 에어 방식을 사용한 객실 공기조절 시스템(난방, 공기조절, 여압(pressurization))을 전기식으로 완전히 대체

  ○ 공기식 엔진 시동 장치를 전기식 시동 장치로 대체

  ○ 바퀴 브레이크의 작동을 완전한 전기식인 전기 기계식 액추에이터로 대체

가. 비행 제어(p5)

 □ EMA(Electro-Mechanical Actuator, 전기 기계식 액추에이터)는 EHA 또는 EBHA보다 컴팩트하고 경량이지만, EMA는 아직 필요한 신뢰성과 내구성을 보증할 수 있는 상태에 이르지 못하고 있음

  ○ 유압식 액추에이터의 사고율은 기계식 액추에이터와 비교해 100분의 1 이하

  ○ 따라서, EMA의 설계가 충분히 신뢰에 충분한지 또 고장이 일어나도 안전한 상태를 유지할 수 있는 지에 대한 실증 작업이 현재 계속 진행중

나. 착륙 장치(p6)

 □ 브레이크의 전기화는 이미 실용화되어 787에서는 EMA형 전기식 브레이크를 채용

<그림. 787의 전기식 브레이크>

  ○ 브레이크 부분에서는 마찰열이 발생하고, 이 열이 유압 액추에이터의 작동유 등에 인화해, 화재가 발생할 위험성을 가지고 있기 때문에, 착륙 장치로부터 작동유를 제거하는 것은 중요한 과제가 되고 있었음

 □ 자주식(自走式, self-propelled) 바퀴의 연구도 진행중

  ○ 항공기의 이발착 밀도가 많은 공항에서는 출발시에 터미널로 멀리 떨어져 있어 실제 이륙하기까지 20∼30분이 소요되는 경우가 있음

  ○ 이 경우에도 엔진은 연료를 계속 소비하고 낭비되고 있어 이를 개선하기 위해 엔진에 의지하지 않고, 전기 모터로 자주(自走)하는 바퀴의 연구가 진행

 □ 한편, 앞바퀴의 조종용 액추에이터의 전기화도 연구

다. 공기조절·여압(p7)

 □ 통상 기체에서는 엔진으로부터 추기한 에어를 객실의 난방, 공기 조절, 여압에 사용

  ○ 엔진으로부터 나온 직후의 에어는 매우 뜨겁기 때문에 열교환기로 냉각시켜야 하며, 이를 위해 굵은 덕트(7-8인치)를 엔진으로부터 시작해 기체를 두르고 있음

 □ MEA에 의해, 추기에 의한 기내 환경 제어(여압, 흡열, 냉난방) 시스템을 대신해 전기적 컴퍼넌트로부터 완성되는 시스템을 사용

라. 보조 동력 장치(APU, Auxiliary Power Unit)(p8)

 □ 통상 기체에는 APU가 엔진 시동용의 공기압을 공급해, 필요한 전력의 발생이나 유압의 유지에 사용

  ○ 기존의 APU는 메인 엔진을 시동하기 위한 공기압 시스템의 압력을 구동하는 소형 제트 엔진과 발전기로 구성

  ○ 향후 MEA가 보급하면 APU의 역할은 전력의 발생에만 한정될 전망

 □ MEA가 진행되면 APU는 공기압 시스템에 동력을 공급할 필요가 없어지기 때문에, 제트 엔진 구동의 APU를 대신해 연료전지에 의한 전력 공급을 실현하는 것이 장래의 목표가 되고 있음

  ○ 항공기용 전원으로서의 연료전지의 연구는 해외에서 많이 진행되고 있지만, 미국의 보잉사와 일본의 IHI사가 공동으로 재생형 연료전지의 개발을 진행

   - 종래의 연료전지는 정기적으로 연료(수소 등)를 보급할 필요가 있지만, 재생형 연료전지는 엔진의 발전기에 여유가 있을 때에 물을 전기 분해해, 수소를 생성해 축적할 수 있고 이 수소를 사용해 발전하기 때문에, 기본적으로 연료의 보충이 불필요