1. 프로젝트 개요

이 연구의 목적은 비행기의 제빙 및 방빙 물질 (aircraft deicing and anti-icing fluid: ADAF) 의 사용을 최적화하는 절차 및 기술을 파악하는 것임. 이를 통해 제빙 및 방빙이 필요한 상황에서 비행기의 운영을 안전하게 하면서 이러한 물질이 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있음. 이 프로젝트는 다음의 내용을 포함하고 있음.

·         ADAF 의 사용을 최적화하는 현재 가용한 절차 및 기술의 적용 사례

·         유망한 절차 및 기술의 효과성 확인

·         이렇게 유망한 절차 및 기술의 실행 계획

·         차후 연구를 위한 제언

1단계: 유망한 제빙/방빙 물질 감소 사례

이 프로젝트의 1단계는, 비행기의 지상 제빙과 관련된 기술 보고서, 제빙 물질 제조사의 보고서, 규제 관련 정부 및 산업계 보고서 등에 대한 문헌 검토와, 환경에 대한 영향을 줄이면서 ADAF 의 사용을 최적화할 수 있는 기술 및 절차를 파악하는데 도움이 되는 지침서와 기준을 포함함. 추가적으로, 현재의 사례 및 최적화 전략에 대한 의견을 듣기 위해 산업계 인물들로 구성된 표적집단 (focus group) 을 대상으로 설문조사를 실시하였음. 문헌 검토와 표적집단 설문조사를 통하여 18개의 회적화 기술 및 절차를 파악하였음. 이원분석 결정모델 (Binary Analysis Decision Model) 을 사용하여, 최적화 기술 및 절차는 일련의 가중 분석 기준 (weighed analytical criteria) 에 근거하여 순위가 매겨졌음. 이 분석을 통하여 여러 제빙/방빙 최적화 기술 및 절차에 대한 제안을 도출하였음.

2단계: 4개의 선정 주제에 대한 연구 개발

1단계에서 나온 결과를 검토하여, 이 프로젝트의 패널들은 차후의 연구 개발을 위한 4개의 주제를 선정하였음.

·         제빙/방빙 최적화에 대한 자료표

·         공항별 지연 시간 (holdover time) 에 대한 분산 (variance)

·         비행기의 서리 제거를 위한 부분 제빙 (spot deicing) 의 사용 증가

·         ADAF 희석액 (dilutions) 의 사용 증가

1단계에서 파악된 여러 기술들과 절차들은 ADAF의 사용을 최적화하기 위한 일련의 상세한 자료표로 개발되었음.

지연시간 결정 시스템 (holdover time determination systems: HOTDS) 은 공항에서의 기상 인자들을 측정하여 예상되는 제빙액 지연 시간을 계산하기 위해 사용됨. 따라서 제빙/방빙액을 더 잘 선택할 수 있도록 함. 2단계에서의 2번째 임무는, 하나의 지역 강설 센서가 전체 공항을 위한 강설 조건을 신뢰성있게 보고하는지 검토하는 것임.

2단계에서의 3번째 임무는, 서리 제거를 위한 국소 제빙, 비행기의 전체 날개를 제빙하기 보다 국소 제빙을 위한 절차를 입증하기 위해 연구를 수행하였음. 2단계에서의 4번째 임무는, 비행기의 제빙 및 방빙을 위한 글리콜의 사용을 줄이기 위한 ADAF 희석액의 사용을 평가하였음. 3  번째 및 4번째 임무의 목적은, 용액의 사용과 관련된 현재의 사례 및 규제를 검토하기 위함. 이를 위해 현재의 정부 및 산업계의 규제, 지침서 및 표준 등을 검토하였고, 관련 운영자 및 산업계를 대상으로 한 설문조사를 실시하였으며, 비용-편익 모델을 개발하였음.

2. 소개

항공 규제에 의하면, 눈, 얼음, 및 서리가 비행기의 날개, 꼬리, 컨트롤 표면, 프로펠러, 엔진 유입부, 및 다른 중요 표면에 부착되었을 때 비행기의 이륙을 금지하고 있음. 이 법규는 “깨끗한 비행기 개념 (Clean Aircraft Concept)”의 기초를 형성하고 있음. 이러한 목적을 위해서, 항공 산업계는 겨울철 비행기 운영의 안전을 유지하기 위해서 지상에서의 제빙 및 방빙 절차와 기술들을 개발하였음. 비행기 제빙은, 비행기 표면으로부터 눈, 얼음, 및 서리의 제거와, 제빙 후 이륙 전 눈이나 얼음이 쌓이는 것을 막기 위해 방빙 목적의 보호제를 사용하는 것을 포함함. 비행기의 지상 제빙/방빙을 위해 가장 많이 사용되는 기술은 글리콜 (glycol) 기반의 어는 점 강하액 (freeze point depressant fluids) 임.

비행기의 지상 제빙/방빙은 비행기의 안전에 결정적임. 왜냐하면 핵심적인 비행기 표면에의 얼음 형성은, 공기역학적 성능 (aerodynamic performance) 에 부정적인 영향을 끼치며, 얼음의 유입으로 인한 엔진 손실 및 손상으로 귀결될 수 있음. 비행기의 지상 제빙/방빙은, 15년 전 결빙 관련 여러 비행기 사고가 발생하여 산업계의 주목을 받았음. 특히 북 아메리카의 항공 규제기관들에게 중요했던 사건은, 1989년 온타리오 주의 드라이덴 (Dryden, Ontario) 과 뉴욕 주의 라과디아 (La Guardia, New York) 에서 발생했던 사고였음. 두 사건 모두 인명의 손실로 이어졌고, 캐나다 교통부 (Transport Canada) 와 미국 연방항공청 (FAA) 가 비행기의 제빙/방빙에 관한 연구 및 개발을 촉진하는 계기가 되었음.

최근 비행기 제빙/방빙액, 관련 장치, 산업계의 절차, 및 지상/비행 인원에 대한 훈련의 뚜렷한 개선에도 불구하고, 비행기의 지상 제빙/방빙을 위한 글리콜의 사용에 대한 부정적인 측면은 여전히 남아있음. 여기에서 부정적인 측면은 아래와 같음.

·         글리콜의 사용과 관련된 높은 비용

·         환경적인 영향 (독성)

·         제빙 작업으로 인한 비행기 지체와 공항의 성능 문제

·         제빙 작업 동안의 연료 사용 증가

·         글리콜 완화

·         직업상의 위험

글리콜의 부정적인 측면은, 산업계에 의해 겨울철의 안전한 운행을 담보하기 위한 필요악으로 여겨졌음. 그러나 이러한 상황은 급격하게 변화하고 있음. 환경보호청과 규제기관들은 공항과 그 운영자들이 책임감을 가지도록 압력을 가하고 있음.

3. 결론 및 제언

결론

ADAF 희석액의 사용과 관련된 현재의 정부 및 산업계의 규제, 지침서, 및 기준에 대한 검토를 수행하였음. 이러한 문헌 검토에서 여러 중요한 결론이 도출되었음.

·         규제는 ADAF 및 그 희색액의 사용을 위해 존재하며 적절한 것으로 평가되었음 (항공사에 대한 설문조사에 의하면, 사용자들은 현재의 규제가 적절하다고 느끼고 있음. 일부 응답자들은 규제가 좀더 명확하고 정비될 필요가 있다고 지적하기도 하였음).

·         지연 시간은 ADAF 희석액에 대해 존재하고, 연간 단위로 공개됨. 타입 I 용액의 경우, 지연 시간은 10도 버퍼 (buffer) 로 혼합된 용액으로 개발되어 왔음. 타입 II/III/IV 용액의 경우, 지연 시간은 100/0, 75/25, 및 50/50 희석액으로 개발되어 왔음.

희석액의 현재 사용 및 산업계의 인식에 대한 보다 철저하고 세밀한 이해 정도를 수집하기 위해서 제빙 관련 산업계로부터의 표적집단을 대상으로 설문조사를 실시하였음. 주요 설문조사 결과는 아래와 같음.

·         제빙 및 방빙액의 사용은 비행기의 크기 및 강설 상태에 따라서 매우 다름.

·         희석액의 사용에 영향을 미치는 상위 5가지 요소는: 제빙/방빙액 저장에 따른 요구사항, 겨울철 동안의 외부 온도, 제빙액의 비용, 교반장치의 비용, 및 현대적인 제빙장치의 교체비용.

·         모든 방빙액 타입 (타입 II/III/IV) 과 강도 (100/0, 75/25, 50/50) 중에서 타입 IV 100/0 이 거의 배타적으로 사용됨.

·         사용대기 (ready-to-use) 방빙액으로써 타입 I 혼합액이 가장 일반적으로 사용됨.

·         타입 II, III 또는 IV 혼합액은 덜 사용됨.

·         10도의 온도 버퍼는 타입 I 방빙액에 가장 일반적으로 사용되는 버퍼임.

·         두 단계의 절차에서 첫번째 단계로써 뜨거운 물은 잘 사용되지 않음. 뜨거운 물은 서리제거 작업에도 자주 사용되지 않음.

·         허브 공항이 아닌 곳에서는 희석액을 대부분 사용하지 않음.

·         교반 비율 시스템 (proportional blending systems) 은, 요구되는 버퍼에서 제빙액을 쉽게 제공하고, 그 비용은 보통 한번 또는 두번의 제빙 계절을 지나면 복원됨 (뿌려진 제빙액의 양에 따라 달라짐).

·         제빙 전문가를 위해서 추가적인 훈련이 필요함. 유지관리 훈련이 추가적으로 필요함. 왜냐하면 현대적인 교반 시스템은 마이크로 프로세서 컨트롤러 (microprocessor controllers) 와 연결된 굴절계 (in-line refractometers) 를 포함하기 때문임.

운영자들이 사용대기 타입 I 용액에서 희석액으로 바꾸는 것이 금전적으로 도움이 되는지 그렇지 않은지 결정하기 위해서 사용자에 우호적인 비용-편익 모델이 개발되었음. 이 모델은 연간 비용 절감액, 연간 글리콜 절감액, 및 초기 비용이 회수될 때까지의 연수를 예측할 것임. 일반적인 공항 상태에 적용되었을 때, 모델 결과는 제빙 작업에서의 희석액 사용 가치를 보여줌. 많은 경우에서, 희석액 사용은 1년 또는 2년 후에 비용을 회수하는 것으로 나타남.

제언

설문조사의 여러 응답자들은 희석액과 관련된 현재의 지침서를 명확히 하고 보다 확장할 필요가 있음을 언급하였음. 따라서 희석액의 사용을 장려하기 위해서 지침서에 이러한 점이 반영될 필요가 있음. 희석액이 일반적으로 인식되는 것처럼 작업에 반영하는 것이 어렵지 않다는 것을 보여주는 사례가 필요함.