보조 동력 장치

1. 개요2. 비행기3. 기갑차량4. 우주왕복선5. 열차6. 버스7. 화물차8. 선박9. 외부 링크

1. 개요

Auxiliary Power Unit.

보조 동력 장치는 비행기, 자동차, 철도차량, 선박, 우주선 등에 들어가는 또 다른 엔진이다.

2. 비행기

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비행기의 후미에 설치하는 게 대부분이며, ATA(Air Transport Assosiation) 챕터 상으로 49번에 해당한다. 일반적으로 항공기가 공항에서 계류중일때 소음과 후류 방지를 위해 엔진을 끄면서, 전력을 지속적으로 얻기 위해 사용한다. 일반적으로 연료 소모를 막기 위해 모든 주 엔진의 시동이 켜지면 작동을 중단한다.[1] 또한 APU는 발전기가 붙어 있어서 주 엔진에서 전원이 공급되기 전까지 비행기에 에어컨, 히터 등 전기가 필요한 것을 작동시키는데 필요한 전원을 공급하고, 엔진 시동에 필요한 압축공기를 공급하는 역할을 한다. 순항중에 만약 주엔진에 문제가 생겨 다른 주엔진에 전력 여유가 없다면, 그 즉시 가동시켜 기내에 전원을 공급하기도 한다. 또한 유압 펌프가 달려있어 엔진이 모두 기능 정지할 시 조종면의 조종을 돕기도 한다. 최근에는 세계적으로 항공수요가 점차 늘어남에 따라 APU로 인한 소음문제와 대기오염문제로 사용시간을 제한하는 공항이 늘어나는 추세다.[2] 특히 공항주변 환경문제도 문제지만 항공기를 운영하는 기업체인 항공사 입장에서도 연료를 사용하는 APU보다는 계류중 GPU와 ACU[3]를 이용하는것이, 시동시에는 ASU[4]를 사용하는것이 경제적으로 더 효율적이기 때문이다. 다만 모든 제트 여객기가 APU를 다 가지고 있는 건 아닌데, 20세기 하늘을 주름잡던 3발기들 중에 APU 없는 기종이 일부 있었다. 이들은 수직 꼬리날개 쪽에 붙어있던 2번 엔진에 발전기를 넣고 계속 가동시켜서 전원을 공급했다.

일단 비행기 조종은 100% 인력으로 하기에는 매우 벅차기 때문에 유압 시스템으로 조종하거나, 최근에는 기술의 발달으로 컴퓨터가 유압계통을 작동시켜 조종한다. 그래서 전원이 끊어지면 조종이 거의 불가능해지는데, 이를 막기 위해 날개를 조종하는 유압계기 및 관련장비에 APU가 전원을 공급하는 것이다. 일단 APU가 제대로 작동하고 엔진 외에 별다른 손상이 없다면 글라이더 마냥 활공하여 착륙하는것이 가능하다. 물론 주변에 비상착륙할 곳이 있다면 말이다. 하지만 걱정하지 말자. 엔진 한개가 망가지면, 남은 엔진으로 얼마나 날 수 있는가에 대한 기준이 있으며, 비행기는 그 기준에 따라 공항의 근처를 날아가도록 항로가 구성되기 때문이다. 3발기나 4발기는 아무래도 엔진이 많으므로 이런 기준에서 단발기나 쌍발기보다 자유롭다.

APU의 배기구 모양은 비행기 종류마다 다 다르며, 기종에 따라 꼬리날개 쪽이 아닌 랜딩기어 뒤 등 다른 위치에 붙어있기도 하다.

3. 기갑차량

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M1 에이브람스의 APU. 가운데에서 살짝 오른쪽으로 붙어있는 검은 것이 보조전원장치다.

전차도 필수적인데, 전차 엔진은 최소 40톤에서 60톤 가까이에 이르는 물건을 움직이게 만들어야 하기에 엔진에 가해지는 부담이 장난이 아닌데다가 메르카바 전차마냥 엔진이 피격되기 쉬우면 전차가 손도 못 쓰고 당할 수 있기 때문에 장비된 것이다.

전차에 APU가 탑재되기 시작된 시기는 대략 제2차 세계 대전 즈음이다. M4 셔먼의 경우 초기형 APU라고 할 수 있는 저배기량의 배터리 충전용 오토바이 엔진이 달려서 엔진을 끄고 매복하는 중에도 배터리를 충전할 수 있었다. 소련의 T-34 전차에는 없었기 때문에 M4 셔먼을 수령받은 소련군 전차병이 특히 좋아했던 기능 중 하나였다. ARL-44처럼 드물게 포탑 구동까지 APU를 쓰는 경우도 있지만 전동기나 유압실린더에 비해 효율이 적어 채택된 수는 적다.

시동용 전력을 제외하고 배터리가 다 나가면 포탑을 구동하는 유압이고 주포안정기고 다 꺼지기 때문에, 매복 도중에 생길 수 있는 만일을 대비해 전력을 남길 수 있는 APU가 중요하다. 특히 M1 에이브람스나 T-80처럼 터보샤프트 엔진이 장착된 전차의 경우, 엔진 특성상 공회전을 시키든 최대로 부하를 주든 연료사용량의 차이가 크지 않기 때문에 오랫 동안 엔진을 돌리면 연료를 미친 듯이 퍼먹게 되므로 APU의 사용이 필수적이다.

매복 시에는 APU의 유무에 따라 전차의 매복 능력에 큰 차이가 난다. 매복 상황에서 주 엔진을 돌리게 되면 열과 소음을 왕창 내뿜으며 적 전차나 공격헬기, 무인기들에게 나 여기있소!! 어서 쏴주시오!!라고 동네방네 떠드는 꼴이기 때문에 이 때도 주 엔진을 대신하여 잘 쓰인다. 특히, 기갑차량 APU의 경우 가스터빈 엔진을 주로 사용하는데, 가스터빈의 고음은 가까이선 시끄럽게 느껴져도 거리가 멀어질수록 빠르게 감쇄되어 매복에 적합하다. 참고로 대한민국 국군의 K-1 전차는 프로토타입에는 있지만 양산형에는 비용문제로 빠젔다 K-1E2 개량에서 추가되었다.

K-9 자주곡사포 역시 APU를 달 예정이었으나 양산형에서 빠졌다. 그러나 이로 인하여 APU만 돌려도 될 상황에서도 동력이 필요하면 항상 주 엔진을 켜는 결과를 초래하였으므로, K-9의 엔진이 조기 마모되는 문제가 불거졌다. 이런 점을 보면 APU는 엔진의 수명 관리 차원에서도 도움이 된다는 걸 알 수 있다. 결국 K-9 개량사업에서 APU 장착이 결정되었다.

무전기나 컴퓨터 등 전기를 많이 먹는 장비를 오랫동안 사용하는 지휘차량( K77 사격지휘장갑차 등)에도 APU가 필수적으로 들어간다.

4. 우주왕복선

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배경에서 들리는 칙칙 하는 소리가 APU의 소리이다.[5]
14분 20초부터 APU 시동을 끄는 소리를 들을 수 있다.

우주왕복선에도 오비터에 3대, 고체 부스터에 각각 2대씩[6] 총 7대의 APU가 장착되었다. APU는 발사, 귀환 중 유압을 제공하여[7] 추력 편향 노즐을 작동시키거나 조종면을 제어하는 역할을 수행하였다. 오비터의 APU는 평균 70,000RPM으로 회전하며 기당 최대 135마력을 발생시켰다.

우주 왕복선의 APU는 하이드라진을 가스 발생기의 촉매에 통과시켜 발생한 가스로 터빈을 회전시키는 방식으로, 산소가 없는 상태에서도 작동하도록 만들어졌다. 하이드라진이 연료인 만큼 작동 중 유독한 가스가 나오기 때문에 APU를 끄고 한참을 기다려서야 외부 작업을 시작하는 것을 볼 수 있다. 또한, 우주 왕복선의 APU는 초창기에 신뢰성 문제가 있어 고장나는 경우가 종종 있었다고 한다.

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밤 시간대에 우주왕복선이 착륙한 경우 꼬리날개 뿌리쪽에 위치한 APU 배기구에서 화염이 나오는 것을 관측할 수 있었다.

5. 열차

철도차량에서는 디젤동차에 APU가 탑재되었는데 한마디로 객실 전원공급용 엔진을 일컫는다. 따라서 APU 고장시 객실 전원(냉난방, 조명, 출입문)이 아예 꺼짐과 동시에 정전이 발생한다. 그리고 이런 객실 전원용 APU가 아예 별도의 차량으로 분리되어 나간 게 발전차라고 보면 된다. 이를 HEP라고도 부른다.

6. 버스

버스에도 있었긴 했었다. 다만 사전적인 APU 의미에 완벽히 부합된건 아니었고, 단순히 에어컨 가동시 주 엔진의 출력 저하를 방지하기 위하여 보조 엔진을 따로 설비한거 뿐이다. 일명 하부 냉방이라고 불리는 물건이다.[8] 기술력이 비약적으로 향상되어 엔진의 성능이 매우 좋은 지금은 에어컨을 가동해도 주 엔진이 차량 구동에 지장이 갈 정도의 출력 저하는 일어나지 않는데, 과거에는 엔진 성능과 효율이 매우 떨어지다보니, 주 엔진의 힘을 이용한 에어컨을 가동할 경우 당연히 주 엔진의 출력도 같이 떨어지는 문제가 있었다. 때문에 1톤급 소형 트럭이 달고다니는 소형 디젤 엔진을 냉방용 보조 엔진 개념으로 따로 설치한 것. 하지만 엔진을 따로 달았다는건 그 만큼 연료 소비가 늘어난다는 의미인데다, 엔진 기술이 에어컨을 주 엔진에 연결된 하나의 유닛으로만 세팅해도 출력에 지장이 가지 않을 정도로 발전하고 덩달아서 유가도 인상되고 있었기 때문에, 국내에서는 2000년 이후에 생산되는 버스들은 전부 하부 냉방 옵션이 삭제되었으며, 해외에서는 아직도 생산 중이긴 하나 사양길에 오르고 있기 때문에 소수만 생산되고 있다.

7. 화물차

한국은 무시동 히터/에어컨으로 트럭 내 온도 유지가 감당 가능하지만 미국이나 캐나다의 경우 다르다. 북미의 경우 캡오버가 아니라 엔진이 앞에 있고 뒷 개인공간이 고시원보다 조금 넓은 트럭들이 많기 때문이다. 그 뿐만 아니라 캐나다나 알래스카 등 온도가 워낙 극한으로 떨어지는 경우 배터리 자체의 용량도 줄어들기 때문에 무시동 장치로 트럭 내 편의 장치를 이용은 커녕 잘못하면 다음 날 시동이 안 걸리는 경우도 생긴다. 보조 동력장치가 없던 6-70년대는 밤새 시동을 켰으나 현대에는 1000cc 근방의 구보다등에서 만든 경유 엔진을 맞춤 개조하여 쓴다. 작은 엔진이지만 엔진이라 엔진 오일 등 유지비용이 들지만 10,000cc 이상의 엔진을 공회전 하는 것[9]보다 연료도 절감되며 냉각수를 주 엔진과 공유하기 때문에 냉간시동에도 훨씬 도움이 된다. 보조 엔진이 냉각수를 데워서 주 엔진 블록을 데워놓기 때문이다.

판매처 예시

8. 선박

개인용으로 사용되는 소형 선박은 해당되지 않고, 대형 화물선이나 여객선, 군함같은 같은 대형 선박이 해당된다. 그런 선박들은 엄청난 덩치를 끌고 가야되기에 주 엔진도 엄청 크지만, 당연히 그 큰 덩치의 모든 전원을 담당해야 되는 APU 마저도 디젤 기관차 주 엔진의 크기와 맞먹거나 더 크다. 심지어 보조동력장치가 제일 먼저 사용된 것 또한 선박 분야였는데, 대형 기선의 초창기 시절부터 대형 증기 기관의 경우 시동을 거는것이 지나치게 오래 걸렸기 때문에 일종의 스타트 모터역할은 물론 오늘날 APU의 대다수 목적인 발전기, 난방 공급 장치 등으로 사용하였기 때문이다.

9. 외부 링크

보조 동력 장치 - 한국어 위키백과 관련 항목

[1] Packs Off Takeoff 등 몇몇 경우에는 이륙 후 끈다. [2] 예로 인천공항의 경우 모든 항공기들의 APU를 블록 타임(Block time)기준으로 30분이상의 작동을 금지하고 있다. 그리고 장시간 주기해놓을 때에도 APU를 대신해서 비행기에 계속 전원을 공급할 수 있도록 아예 탑승교 밑에 GPU를 붙여놓았다. [3] Air Conditioning Unit. 항공기의 엔진 정지시 엔진을 대신하여 온도조절계통(Pack system)에 압축공기를 생산하여 내보내는 역할을 한다. [4] Air Start Unit. ACU와 마찬가지로 압축공기를 생산하지만 이름에서 보듯이 엔진 시동용으로 쓰인다. [5] 소리가 일정하지 않은 이유는, 우주왕복선의 APU는 연료를 주입하다 터빈이 일정 속도에 다다르면 연료를 끊고 일정 속도 이하로 내려가면 다시 주입을 반복하는 방식으로 RPM을 유지하기 때문이다. APU마다 주기가 달라서 더욱 불규칙하게 들린다. [6] 부스터에 장착된 APU는 2개의 추력편향 유압 실린더에 동력을 공급하였다. [7] 전력은 연료전지에서 생산하였기 때문에 발전 기능은 없었다. [8] 히터는 엔진의 폐열을 빨아들여서 차내에 공급하기 때문에 전혀 관련없다. 그리고 전기는 비행기나 열차같이 크게 소비할 장치가 없었기 때문에 주 엔진에 붙은 제네레이터만으로도 충분히 커버가 가능하다. [9] 통상 1시간에 1갤런, 약 3.7리터의 경유를 쓰는 것으로 알려짐

1. 개요

9. 외부 링크

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