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70년대 천리행군 마지막 날

Clementia(58.234) 2021.10.03 20:12:32
조회 253 추천 0 댓글 1
														
소줄 병나발 불곤

제 정신이 아닌 상태로 군장 메고 귀환 썰이 있긴 하젴.ㄷㄷ



[21] 사실 전시 긴급 출력 항목에도 있듯 2차대전때의 비행기에서는 은근히 자주 쓰이던 기술이다.



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배기량 25.13 L에 12기통 실린더를 V자 형태로 배치한 이 엔진은 가솔린벤졸을 50%씩 혼합한 전용 연료를 주입하면 당시 수준으로서는 믿기지 않을 만큼 높은 출력인 1,050마력을 낼 수 있었다.[1]


[1] 가솔린에 벤젠을 섞으면 옥탄가가 높아지고 노킹을 방지하는 효과가 있지만 독성이 커지고 인체에 유해하기 때문에 지금은 거의 쓰지 않는다. 제2차 세계 대전 동안 합성연료를 많이 쓰던 독일 공군의 조종사들 중에서 많은 수가 암으로 사망한 것도 이것과 무관하지 않다.



도라에도 시험적으로 벤츠 엔진이 달린 기종이 있는데 D-14, D-15가 그런 기종들이였다. 이 기종들은 훗날 Ta152 C의 개발에 밀접한 연관이 있다.D-9, D-12, D-13 전부 같은 유모 213 엔진을 쓰지만 그 형식이 조금씩 다르다. D-9의 경우 유모 213Aa 즉, 유모 213 A-1을 발동기로 사용한다. 1750PS를 해면고도에서 낼 수 있으며 물과 메탄올, 부식방지제 등이 섞인 MW50 부스터로 한번 사용시 10분간 부스팅 된 최대출력(2050PS, C3 연료 기준)으로 비행할 수 있다. 단, 10분 사용 후 약 3~4분간 엔진 라디에이터를 열어 젖히고 스로틀을 낮춰 Kampfleistung 출력 상태로 비행해야 한다. 이때의 엔진 회전수는 3000rpm.



여기에 액체연료 로켓은 예나 지금이나 매우 위험한 연료를 사용할 수 밖에 없는데 Me163의 연료도 예외는 아니라서 하이드로진과 메탄올의 혼합물인 C-연료(하이드라진+메탄올+)와 T-연료(고농도 과산화수소)였다.[5] 이 때문에 뭐가 사소하게 잘못되기만 해도 이륙 중에 폭발하거나 비행 중에 공중에서 폭발할 가능성이 매우 높았다. 거기에 어떻게 잘 귀환했다 해도 연료를 남기고 돌아오면 착륙할 때의 접지 충격으로 남은 연료가 폭발할 가능성이 매우 높다는 문제도 있었다. 심지어 연료가 폭발하지 않는다 해도, 저 극독이나 다름없는 연료가 소량이라도 조종석으로 누출되어 승무원의 몸에 닿으면 조직괴사 등으로 사망할 가능성도 있었다. 한 마디로 비행기를 타고 나갔다 돌아오는 것만으로도 이미 신의 가호를 받을 대로 받은 상태라고 해도 과언이 아니었다.

T-연료의 과산화수소는 소독용으로 쓰는 그 3% 수용액이 아니라 몇방울로 사람을 죽일 수 있는 고농도로, 그 자체로 폭발 가능성이 있어서 실험실이나 반도체 공정에서도 불산급의 위험물로 취급된다. 그렇다고 C-연료가 안전하냐면 그것도 아닌게, 이쪽은 아예 메탄올과 하이드라진(N2H4)이다. 메탄올은 10ml만으로도 사람을 실명 및 사망에 이르게 할 수 있는 맹독성 유기용매이고 하이드라진금속이온이나 금속화합물을 순금속으로 돌려놓는 초강력 환원제인만큼 생물체의 혈구(헤모글로빈)와 골격(인산칼슘)은 순식간에 분해해버리는 극독이다. 그래서 이 연료들은 고무통이나 일반 금속 연료통에는 저장할 수 없었고, 밀폐가 가능한 알루미늄통(T), 혹은 유리통(C, 이걸 알루미늄통에 넣으면 망한다)에 겨우 저장이 가능했다고 한다. 벌레가 들어가기라도 하면 그대로 터진다. 실제로 정비병이 T연료가 조금 남아 있는 알루미늄통에 C를 부었다가(둘 다 맑은 액체니 구별이 힘들다.) 폭발사고로 죽었다고 한다. 게다가 당시에는 지금처럼 플라스틱도 없었고,[6] 기체 내부에서 연료가 엔진으로 주입되려면 그 연료가 움직이는 파이프를 봉하고 액체 흐름을 조절할 수 있는 장치도 들어가야 하므로 당시 기술로 만든 구조물은 연료가 새어나올 가능성이 엄청나게 높았다.

더구나 안정성 높은 글라이더라고 하지만 고속성능을 추구한 기체 특성 탓에 착륙속도가 190km/h를 넘어서 일반적인 프로펠러기보다도 훨씬 빨랐으므로 착륙 역시 아주 숙달된 파일럿이 아니면 쉽지 않았다.[7] 덤으로 그 착륙에 필요한 랜딩 기어조차도 작은 기체 크기와 제한된 로켓 출력, 그리고 기타 비행특성상 문제로 탑재하지 못해, 이륙 때는 착탈식 바퀴로 이륙하고 착륙할 때는 동체 하부의 내장형 썰매로 동체착륙을 감행하게 할 수밖에 없었다.[8] 그 탓에 성공적으로 임무를 마쳤고, 연료 역시 모두 소모해서 폭발이나 연료누출 같은 문제가 생길 가능성이 전무할 때조차도 조종사가 죽거나 다치는 일이 비일비재했다.[9] 어떤 기체는 드물게도 임무를 마치고 무사귀환한 것처럼 보였으나 지상요원들이 달려가 콕핏을 열자 새어버린 연료를 뒤집어쓴 조종사는 말 그대로 뼈만 남아있었다고 한다. 결국 엄격한 안전수칙이 작성되어 C-연료 주입이 완전히 끝나면 주변을 깔끔하게 세척한 다음에 T-연료 주입을 허용했다. 다만 이 '깔끔하게 세척' 이라는 단어가 병참 면에서는 매우 골치아픈 단어다. 연료 주입구 주변은 물론 비행기가 주기된 곳까지 말끔하게 씻어야 했기 때문이다. 한시라도 빨리 날아올라서 미군 폭격기를 막아야 될 상황에 말이다.



[5] 물질 구성을 보면 알 수 있듯이, 두 연료는 전부 투명한 액체다... 겉보기에는 그냥 물 같기에 사고가 가능성도 그만큼 높았다. 그리고 당시에는 기밀 유지를 위해 조종사들에게 연료의 구성물질을 공개하지 않았다고 한다.

[6] 당시 액체, 혹은 기체 파이프 설치할 때 기밀성을 유지하기 위해 사용되는 고무도 당연히 사용할 수 없었다.

[7] 이는 아이러니하게도 (당시) 혁신적인 후퇴익 탓이었다. 그나마 요즘 민항기들은 플랩을 크게 장착해서 안정성을 보충하지만 이 경우는 날개가 주익 두 개 뿐이라 플랩을 주익 바로 아래 달아놨는데 이게 저속 비행 안정성을 제대로 잡아주질 못 했다.

[8] 게다가 이 내장형 썰매는 기체 중앙에 작게 내려오는 것이라서 날개 안 상하고 착륙시키는 게 용자다. 어떤 때는 그 바퀴가 그대로 튕겨올라와서 기체를 때리는 사고도 일어났다고 한다.

[9] 이는 Me163이 기록한 전사자 중 작전 중 전사한 사람들이 겨우 5명이라는 자료로 증명된다. 나머지 전사자들은 저렇게 시험비행이나 이착륙 때 사망했다. 한번은 정상적으로 이륙했는데 갑자기 엔진이 꺼져서 파일럿이 신기의 조종술로 활주로로 다시 돌아오다가(연료가 들어있는 상태에서 일반 야지에 불시착하면 바로 터진다) 불의의 사고가 나서 뒤집어져서 사망했다. 그런데 이 조종사는 부대 안에서 애인이 있는 유일한 인물이었다고 한다. (...)솔로신의 저주


산업에서의 메탄올[편집]

연료로서 메탄올은 노킹 등의 문제에 관해서 굉장히 우수한 특성을 보이나, 금속을 부식시키는 성질이 있는게 문제. 메탄올 자체가 부식시키는 것이 아닌 연소 생성물의 일부인 포름산이 부식시키는 것이라는 설도 있으나, 어쨌든 엔진 내부는 망가진다. 기록을 중시하는 F1에서는 메탄올을 연료로 섞어 쓰지만, 이 문제 때문에 레이싱이 끝난 후, 메탄올 없는 휘발유로 공회전을 하여 메탄올 성분을 씻어내는 듯. 메탄올은 rc엔진에 들어가는 연료의 주성분이기도 한다. 그러므로 다 쓰고 난 뒤에는 시동이 안 걸릴 때까지 계속 걸어야된다.

고무패킹이나 호스 등의 성분을 부식시키기도 한다. 하여간 이래저래 부식시키는 게 많은 듯.

과격한 자동차 튜닝이 성행하는 북미 쪽에서는 흡기 라인에 메탄올을 분사하는 메탄올 인젝션 킷이 성행하고 있다.[21] 단, 100% 메탄올을 사용하는 경우는 드물고 물과 1:1로 섞어서 쓰거나 물만 분사하는 경우가 더 많다. 직분사 터보 차량에 주로 사용되는데, 터빈에서 압축되면서 뜨거워진 공기에 메탄올이나 물을 분사하면 즉시 기화하여 열을 흡수, 흡기온도를 크게 낮춰준다. 기화된 메탄올은 노킹 특성을 개선시켜 주기 때문에 고급유를 사용하는 것과 비슷한 효과가 있다. 또한 기화된 메탄올과 물이 흡기 라인을 스팀청소해주는 효과도 있다. 단점은 메탄올을 계속 보충해줘야 하기 때문에 관리가 귀찮고 비용이 많이 든다. 메탄올이 떨어졌을 때를 대비해 ECU맵핑을 스위칭해주는 장비가 필요하다.



[21] 사실 전시 긴급 출력 항목에도 있듯 2차대전때의 비행기에서는 은근히 자주 쓰이던 기술이다.



원리[편집]

기본적으로 엔진의 출력을 결정하는 쓰로틀 레버는 플라스틱 판으로 막혀 있거나 일정 구간만을 움직일 수 있게 설계되어 있으나, WEP가 장착된 미군 기체의 경우 잠금을 풀면 기존보다 레버를 더 멀리 밀 수 있게 설계되었다. 이 결과 흡기구를 통해 엔진에 들어오는 공기가 늘어나 상대적으로 출력이 증가하게 된다. 대신 엔진에 과부하가 걸려 위험이 높아진다. 혹은 엔진에 따라서는 밑의 독일 공군 처럼 메탄올과 물 혼합물을 엔진에 분사해서 출력을 향상시키는 방법을 사용하기도 했다.

영연방 공군의 경우 옥탄가가 높은 항공유를 일시적으로 사용해 슈퍼차져를 과부하 시킴으로써 같은 효과를 달성했다. 이런 방법은 주로 요격을 맡는 슈퍼마린 스핏파이어와 같은 기종에 사용되었다.[1]

독일 공군의 경우 메탄올과 물 혼합물을 엔진에 분사함으로써 연료의 연소율을 강제로 향상시키는 MW-50(Methanol-Wasser)과 MW-30이 있고(각각 뒤의 숫자가 메탄올의 비율) 아산화 질소를 주입해서 고고도에서 부족한 산소를 연료혼합물에 보충해주는 GM-1(Göring Mischung 1)이라는 독자적인 체계를 사용했다. 둘다 별도의 분출 장치를 달아야 했으며 MW-50은 저고도에서 큰 효과를 발휘했고, GM-1은 고고도에서 효율적이었다. MW-50은 Bf 109G-6부터 장착되었으며, 주로 장착된 기종은 Bf 109와 Fw 190이었다. GM-1은 산소가 부족한 고고도에서 산소가 적어 연소 효율이 떨어지는 것을 막기 위해 개발되었지만 MW-50과 다르게 고고도에서만 유용한 특징[2]때문에 사용된 사례가 적다. 여담으로 MW-50과 GM-1을 둘다 장착한 기종은 오직 Ta152H형이다.

3. 효과[편집]

P-51H 머스탱의 경우 지상 실험 결과 기존의 1,380마력 엔진 출력을 최대(물 메탄올 주입까지 동원한) 2,218마력까지 끌어올릴 수 있었고,[3][4] P-51D 머스탱의 경우 기존의 1,490마력 출력을 교전 시에 평균 1,720마력까지 끌어올려서 교전할 수 있었다.[5]

미 해군 항공대에서 쓰던 F4U 콜세어의 경우 후기형에 WEP가 탑재되어 약 17%에 해당하는 420마력의 출력 상승 효과가 있었다.[6]

영연방군이 운용하던 호커 허리케인 Mk1에 WEP를 탑재한 결과 1060마력에서 1310마력으로 약 250마력의 출력 향상이 있었다.
독일 공군의 Bf109 K-4는 MW50 사용시 1370마력에서 1973마력으로 약 600마력의 출력 향상이 있었다. [7]

4. 한계[편집]

정상적인 방법으로는 엔진의 출력을 높힐 수 없어 제시된 타개책인 만큼, 한계가 명확했다.

우선, 엔진에 부하가 심하게 걸려 수명이 극도로 단축된다. 영연방 공군 규정에 따르면 최대 5분 이상, 독일 공군 규정에 따르면 최대 3분 이상 WEP를 지속적으로 사용하지 말 것을 권고하고 있고, 해당 비행 시에 총 WEP를 몇 분이나 사용했는지 기록해야한다. 또한 정비병들에겐 WEP 사용 누적 시간이 길 경우 우선 엔진을 새 걸로 교체하고 기존의 엔진은 후방으로 보내 검사를 받게 하도록 메뉴얼이 구성되었다.

또한, 일종의 오버클럭인 만큼 엔진의 신뢰성이 떨어진다. 당시 파일럿의 보고를 보면 규정 시간 이상 WEP를 사용하고도 멀쩡하다는 보고도 있는 반면 WEP를 사용하고 얼마 지나지 않아 엔진이 말을 안 듣는다던가, 극단적으로는 잠시 엔진이 꺼져버리는 경우도 있었다.

이러한 단점들로 인해 제트기가 공군의 주력이 되자 WEP는 애프터버너에 밀려 사라지게 됐다.[8]


[1] 호커 타이푼이나 호커 템페스트와 같이 네이피어 세이버 엔진을 장착한 기종은 저고도에서 강력한 출력을 발휘하는 특성때문에 그다지 긴급 출력이 필요한 경우가 많지 않았다고 한다.

[2] 체계 자체의 무게라던지 강화하는 부분의 차이(아산화질소는 산소를 더공급해주고 물/메탄올 은 흡입하는공기의 온도를 낮추어서 슈퍼차져의 압축비를 올리는데 도움이 된다.

[3] United States Military Aircraft since 1909, Gordon Swanborough and Peter M. Bowers, Smithsonian, 1989.

[4] Classic Warplanes: North American P-51 Mustang, Bill Gunston, Gallery Books, 1990.

[5] Fighting Mustang: The Chronicle of the P-51, William N. Hess, Doubleday, 1970.

[6] American Combat Planes, Ray Wagner, Third Enlarged Edition, Doubleday, 1982

[7] Prien and Rodeike 1996, pp. 56–165

[8] 물론 제트 시대에도 물 분사장치같은 WEP와 비슷한 개념이 사용된 적은 있다. 검은 배기가스를 줄줄 뿜으면서 이륙하는 B707이 바로 그것.



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