흰수리 항공기는 #1, 2 주 연료탱크 외에도 전방, 후방, F5, 보조연료탱크(좌, 우)가 있습니다.
시콜스키 헬기는 #1, 2 주 연료탱크만 주로 두는 경우가 많은데
배면에 연료탱크를 배치함으로써 무게균형 및 실내 공간을 확보하는 이점이 있어 그런 설계를 하지 않았나 생각됩니다.
그러다 보니 각 탱크에서 #1, 2 주 연료탱크로 연료를 전송하는 시스템이 필요하게 되는데,
흰수리는 이젝터 펌프와 플래퍼 밸브, 상부관이 그 역할을 담당하게 됩니다.
아래 첨부한 그림을 보면,
전기식으로 작동하는 펌프는 연료탱크에 잠겨있는 연료펌프 외에도 좌우측 연료셀의 균형을 맞추기 위해 연료를 양방향으로 전송할 수 있는 Transfer pump가 있으며
F5탱크에서 후방탱크로 연료를 전송하는 Transfer pump와 외부 연료탱크에서 각 연료셀로 연료를 전송하는 Transfer pump도 장착되어 있습니다.
* 벤츄리 효과(Venturi Effect)
흐르는 유체(액체나 기체)가 관의 좁은 부분을 통과할 때
속도는 빨라지고 압력은 낮아지는 현상을 말합니다.
마당에 물을 뿌릴 때 물호스 끝을 손가락으로 반쯤 쥐는 상황을 떠올려 보면
물이 빠져나가는 구멍이 좁아지면 물줄기가 훨씬 빠르고 멀리 뿜어져 나갑니다.
이때 좁아진 부분에서 물의 이동 속도는 급격히 빨라지지만,
유체가 호스 안쪽 벽을 밀어내는 힘(압력)은 오히려 줄어들게 됩니다.
* 핵심 원리
이는 에너지 보존 법칙인 베르누이의 정리가 적용된 결과입니다.
유체가 파이프 안을 흐를 때 전체 에너지의 총량은 일정하게 유지되어야 합니다.
따라서 유체가 좁은 통로를 억지로 지나가기 위해 속도 에너지(운동 에너지)가 증가하면,
그 대가로 압력 에너지가 감소하여 균형을 맞추는 것입니다.
1. 이젝터 펌프(제트 스트림)의 물리적 원리
이젝터 펌프(Ejector Pump, 또는 Jet Pump)는 내부의 기계적인 회전 부품(모터나 날개) 없이 유체의 흐름만을 이용해 펌핑 작용을 하는 장치로, 베르누이의 정리(Bernoulli's principle)와 벤투리 효과(Venturi effect)를 응용합니다.
* 제트 스트림 형성: 메인 부스트 펌프 등에서 가압된 연료(Motive Fluid)가 펌프 내부의 좁은 노즐을 통과하게 됩니다.
* 압력 강하(진공 발생): 노즐을 통과하며 유체의 속도가 급격히 빨라지는 제트 스트림(Jet Stream)이 형성되고, 이로 인해 노즐 주변의 압력이 급격히 낮아져 국부적인 진공 상태가 만들어집니다.
* 흡입 작용: 이 낮아진 압력 때문에 주변에 고여 있던 연료가 빨려 들어오게 되고, 가압된 유체와 섞여 함께 배출구로 밀려 나가게 됩니다.
2. 헬리콥터 연료 계통에서의 활용법
헬리콥터의 연료 탱크는 기체의 구조적 한계와 무게 중심(CG) 유지를 위해 바닥이 평평하지 않거나 여러 개의 독립된 구획(Cell)으로 나뉘어 있는 경우가 많습니다. 이젝터 펌프는 이러한 구조에서 매우 중요한 역할을 합니다.
* 구석진 연료의 이송(Scavenging/Transfer): 메인 부스트 펌프가 직접 닿지 않는 탱크의 가장 낮은 지점이나 분리된 보조 탱크 구획에 남은 연료를 메인 펌프가 위치한 섬프(Sump) 쪽으로 끌어모으는 데 사용됩니다. 이를 통해 조종사는 탱크 안의 연료를 남김없이 사용할 수 있습니다.
* 전기 스파크 위험 완화: 연료 탱크 내부에 전기 모터 구동식 펌프를 여러 개 설치하면 화재나 폭발의 위험이 커집니다. 하지만 이젝터 펌프는 기계적 작동부나 전기 장치 없이, 단순히 메인 펌프에서 보내주는 약간의 고압 연료 흐름만으로 작동하므로 안전성이 극도로 높습니다.
* 뛰어난 신뢰성: 움직이는 부품(Moving parts)이 전혀 없기 때문에 마모되거나 고장 날 확률이 매우 적어 항공기 연료 계통에 필수적으로 적용됩니다.
요약하자면, 헬리콥터 연료 계통에서 이젝터 펌프의 제트 스트림 원리는 "안전하고 고장 없는 방식으로, 복잡한 연료 탱크 구석구석의 연료를 엔진 공급 라인 쪽으로 끊임없이 긁어모아 주는 역할"을 수행하는 데 쓰입니다.
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