과산화수소를 이용한 항공기 비상동력장치용 가스발생기 설계와 성능시험

Abstract

항공기의 항력감소 및 기동성 향상을 위해 공기역학적 불안정 형상과 더불어 비행조종계통으로 Fly-by-wire(FBW)을 적용한 항공기는 대부분 비상동력장치(EPU, Emergency Power Unit)를 채택하고 있다. 항공기 비상동력장치 방식으로는 요구 성능 및 장착 환경 등을 고려할 때 단일 추진제 방식이 가장 적합한 것으로 나타났다. 그러나 현재까지 단일 추진제로 하이드라진을 적용한 사례는 기존 연구결과로 발표되었으나, 친환경 추진제를 적용한 항공기용 비상동력장치는 현재까지 연구 실적이 거의 발표되지 않고 있다. 일반적으로 단일 추진제인 하이드라진은 항공기 비상동력장치 및 우주추진분야에 고성능의 촉매와 함께 자주 적용되고 있다. 그러나 하이드라진은 독성이 있고, 특별한 취급이 요구된다. 본 논문에서는 항공기 비상동력장치에 적용될 단일추진제로 환경친화적이고 하이드라진을 대체할 수 있는 과산화수소와 이를 적용한 가스발생기에 대한 연구내용을 제시하고자 한다. 과산화수소 촉매분해는 초기 촉매가열이 없는 정상시동과 반응성 측면에서 은촉매에 비해 상대적으로 우수한 $MnO_2/Al_2O_3$ 촉매를 선정하고 개발하였다. 비상동력장치용 가스발생기의 성능은 터보챠저를 이용하여 시험한 결과, 작동 모드별로 최소 90 %를 상회하는 촉매 분해효율과 최대 터빈출력 37 kW 및 상온 및 예열 시동조건에서 1.2초 이내의 빠른 응답성을 보였다. 또한 가스발생기는 정상출력조건에서 60초간 작동시험과 3초간의 부하변동을 반영한 Pulse 시험에서도 만족한 결과를 보여주었다. 본 연구에서 항공기 비상동력장치용으로 친환경 단일 추진제인 과산화수소를 이용한 가스발생기의 성능적합성 검증은 향후 우주개발분야의 터보펌프, 수중무기체계 및 지상체계의 다양한 동력 모듈형태로 응용 가능할 것으로 판단된다.