Rotax 엔진에 대하여

[지바고]

Rotax 엔진에 대하여

경량항공에서 가장 많이 사용되어지는 엔진은 Rotax 엔진과 호주의 Jabiru 회사에서 생산되는 Jabiru 엔진이며 이중 거의 대부분이 Rotax 엔진을 사용하고 있습니다.

비행기량이 아무리 뛰어나도, 비행기의 성능이 아무리 좋아도 엔진이 아웃되면 비행을 중단할 수 밖에 없고 최악의 경우 추락까지 염두에 두어야 하는 상황이 초래됩니다.

따라서 자신이 타는 비행기 엔진의 운용한계치와 성능에 대하여 자세히 알고 있어야 합니다. 

그런 의미에서 이번에는 경량항공기에서 가장 많이 사용되는 Rotax 엔진 중 900 씨리즈에 대하여 간략하게나마 알아 보겠습니다.

1. Rotax 회사의 개요

Rotax 엔진 제작 회사의 정식 회사 명칭은 “BRP-Rotax GmbH & Co KG” 입니다.

이 회사의 위치는 오스트리아에 있으며 Bombardier Recreational Products 란 회사명으로 경량항공기용 엔진, 지상차량용, 개인수상기구용 및 스노우 모빌용 Rotax 엔진을 생산하고 있습니다.

* 회사의 연혁.

1920 년 독일 드레스덴에서 ROTAX-WERK AG로 설립.

1930 년 Fichtel & Sachs에 의해 인수, 독일의 Schweinfurt로 공장 이전.

1943 년 오스트리아의 Wels로 이전.

1947 년 오스트리아 Gunskirchen으로 공장 이전.

1959 년 Rotax 주식의 대부분을 자동차 및 철도 차량 제조업체 인 Lohner-Werke에 의해 인수.

1970 년 Canadian Bombardier Inc 회사에서 인수.

Rotax 엔진의 판매실적에 대한 홍보자료를 보니 아래와 같이 적혀 있습니다.

- 총 18만대 이상의 항공기 엔진 생산실적

- 총 5만대 이상의 912, 914 생산 & 판매실적

- 총 5만대 이상의 항공기가 Rotax 엔진으로 현재 운용중.

- 912, 914, 915 엔진만으로 총 6천만 시간의 비행시간 달성.

- 912, 914, 915 엔진만으로 일년에 대략 5만 시간의 비행시간 등입니다.

2. Rotax 엔진의 개요

전세계에서 사용되고 있는 경량항공기용 Rotax 엔진의 900씨리즈는 아래와 같습니다.

- 912UL           최대 80마력

- 912ULS         최대 100마력

- 914 (터보)     최대 115마력  (Turbo Charger)

- 915is (터보)   최대 141마력 (Turbo Charger + Intercooler)

물론 Rotax 엔진은 위의 네가지 이외에도 582 엔진 등 여러가지가 있으나 이번에는 경량항공에서 가장 많이 사용되어지는 900 씨리즈만 살펴보겠습니다.

각 엔진별 대략적인 제원은 아래 표와 같습니다.

위의 표를 자세히 보면 912UL은 80마력의 엔진인데 914 터보엔진의 경우에는 912UL의 엔진에 Turbo Charger 를 장착하여 115마력용 터보엔진으로 제작한 것입니다.

또한 2017년도 후반부터 판매되기 시작한 915is 엔진의 경우에도 912ULS 엔진에 Turbo Charger와 Inter-cooler 를 장착하여 140마력의 엔진으로 제작되어진 것입니다.

Rotax 엔진의 외형은 밸브 카바의 색상만 보면 이것이 무슨 엔진인지 식별이 되도록 아래와 같이 밸브카버의 색상이 다릅니다.

- 80마력 912UL 은 흑색 (Black)

- 100마력 912ULS 는 녹색(Green)

- 100마력 인젝터 타입인 912-Is는 연녹색 (Light Green)

- 115마력 914 는 적색(Red)

- 140마력 915 는 청색 (Blue)으로 되어 있습니다.

Rotax 엔진의 대략적인 특징은 아래와 같습니다.

- 4행정 4기통 엔진

- Dual Carbrator (캬브레이터가 두개)

- Dual Ignition (점화플러그가 씰린더 당 두개)

- Electric Start Motor

- 수냉 및 공랭식 냉각방식

- 제네레이터 장착(발전기)

- 연료펌프 (다이아프렘 방식)

- 프로펠러 감속기 부착 등입니다

아울러 914 엔진은 Turbo Charger 가 장착되어 있으며 915 is엔진은 Turbo Charger 와 Intercooler 가 장착되어 있습니다.3. RPM별 엔진 출력의 변화

모든 엔진이 그렇듯이 Rotax 엔진의 출력도 스로틀을 얼마나 밀어 넣느냐 다시 말해 엔진 RPM이 얼마인가에 따라 출력(마력수)이 변합니다.

아래의 표는 엔진별 RPM별 출력(마력수)의 변화입니다.

* 최대 RPM은 5800 이나 최대 동력이 필요한 이륙시에만 최대 5분이내에서 사용하여야 합니다. 

  최대 순항속도를 낼 수 있는 최대 연속 운전가능 RPM은 5500 RPM입니다.

아래 그래프는 이같은 RPM별 출력 변화를 그래프로 그려 봤습니다.

4. RPM별 연료소모량의 변화

당연히 RPM의 변화에 의해 연료소모량도 변하게 됩니다.

RPM을 적게 주면 연료소모량이 줄어들고 RPM을 밀어 넣어 출력이 높아지면 연료소모량도 늘어나는 것은 당연하겠지요.  아래의 표는 엔진 RPM변화에 따른 연료소모량입니다.

아래의 그래프는 위의 소모량을 보기 쉽게 그래프로 나타내 보았습니다.

5. Rotax 엔진의 고도별 출력변화

모든 항공기 엔진이 그렇듯이 Rotax 엔진 역시도 고도가 높아지면 출력이 저하 됩니다.

고도가 높아질수록 엔진출력이 저하되는 근본적인 원인은 고도가 높아질수록 산소농도가 희박해져 엔진의 효율이 저하되기 때문이며 일반적인 피스턴 엔진의 경우 보통 고도 1000 피트 당 3 %의 출력저하가 발생된다고 합니다.  

이 같은 고도 상승에 따른 출력저하는 터보챠저가 장착되어진 터보엔진의 경우에는 일정 고도 까지는 일반 피스톤 엔진에 비하여 출력저하가 심하지 않습니다.

이는 캬브레터에 공급되는 공기를 Turbo Charger에서 압축하여 씰린더로 보내므로 산소농도를 일정 부분 유지할 수 있기 때문입니다.

아래의 표는 Rotax 엔진의 고도 별 엔진출력 저하를 그래프로 나타낸 것입니다.

위의 표를 자세히 보면 100마력 912ULS 엔진의 경우 해수면고도에서는 100% 의 출력을 보이지만 1만 피트에 도달하면 70% 로 저하되는 것을 알 수 있습니다.

위에서 이야기 하였듯이 고도 1천피트 당 3% 씩 출력이 감소되므로 1만 피트면 30%가 저하되어 70%의 출력을 나타낸다는 것을 알 수 있습니다.

그러나 터보엔진인 914의 경우에는 1만 피트 까지는 10% 내외의 출력저하만 있을 뿐이며 915 엔진의 경우에는 15000 피트 까지는 출력저하가 없는 것을 볼 수 있습니다.

6. 상승한도

위에서 언급하였듯이 고도가 높아질 수록 산소농도가 희박해져 엔진의 출력이 저하되는데 이로 인해 항공기가 일정고도 까지는 상승이 되다가 엔진출력이 저하되어 더 이상 상승을 할 수 없게 됩니다.

이 같은 이유로 각 항공기에는 최대상승한도 (Service ceiling) 가 있게 되는데 상승한도는 분당 100피트이상 상승하지 못하는 고도를 “최대상승한도” 라고 합니다. 따라서 Rotax 912ULS 엔진을 가지고 산소마스크를 착용한다 하여도 3만피트 5만피트씩 올라갈 수 없는 이유입니다.

제 경험상으로 지난달에 912ULS 100 마력 엔진이 장착된 빙고를 타고 1만피트 까지 올라가서 5000 RPM으로 30여분 비행하여 보았는데 1만피트면 출력저하가 30%라 보고 해수면에서 5000RPM시 90마력이므로 90마력의 70%면 대략 63마력 정도 되었겠지만 별다른 특이사항을 느끼지는 못하였습니다.

* 참고사항

2017년도부터 판매되기 시작한 915Is 엔진의 경우 최대출력이 141 마력입니다.

체코의 BRM Bristell,  MTOW 600Kg 경량항공기에 적용하여 시험비행한 결과를 보니 시속 300Km(Ground Speed) 이상 나오는  고출력의 엔진입니다.

그러나 Bristell 사에 직접 문의해본 결과 915엔진은 최대 출력이 141마력이긴 하지만 가변피치 프로펠러를 적용하였을 경우 300Km/h 가 나오며 우리나라 처럼 고정피치 프로펠러만을 사용하는 경우에는 230km/h 도 힘들다고 합니다. 따라서 140마력의 환상적인 파워이긴 하지만 우리나라에서는 141마력의 남는 힘을 다 쓸 수가 없으므로 915is 엔진 보다는 914 터보엔진만으로도 충분하다는 답변을 받았습니다.

언젠가 우리나라의 항공법규도 유럽기준과 같이 개정되어 가변피치 프로펠러와 접이식 랜딩기어(Retractable Landing Gear) 를 사용하게 되면 915Is 엔진을 사용하여 350Km/h (220mph) 까지도 비행이 가능할 것입니다.  이같은 우리나라의 법적인 문제를 고려하면 915Is 엔진은 130 마력 이상이 필요한 경량헬기용으로 사용하면 적당할것 같습니다.

7. 각 엔진의 RPM 별 상세한 출력변화 와 연료소모량의 변화

아래 그래프들은 각 Rotax 엔진의 RPM별 출력변화와 연료소모량의 변화를 보다 상세히 나타내주며 이 자료의 출처는 Rotax 홈페이지에서 매뉴얼을 다운받아 발췌한 것 입니다.

엔진 출력의 변화에서 왼쪽 축은 Kw 단위이고 우측 축이 마력(Hp)단위 입니다.

1) Rotax 912UL (80마력)

2) Rotax 912ULS (100마력)

3) 914 Turbo (115 마력)

아래의 그래프에서 A-청색라인은 Turbo Charger 가 작동되는 구간입니다.

 따라서 Turbo Charger 가 작동되어 최대 출력115 마력이 나오는것이라는 의미입니다.

이상으로 Rotax엔진의 출력과 연료소모 등에 대하여 간략히 알아 보았습니다.

위의 자료들은 제가 각 매뉴얼을 참고로 하여 만든것이며 그래프를 만들기 위하여 반올림을 한 숫자입니다.

그러므로 정확한 소수점이하의 자리는 표기하지 않았습니다. 

위의 모든 자료는 Rotax 홈페이지의 Data Sheet 에서 발췌하였으니 보다 더 상세한 사항이 필요하신 분께서는 Rotax 홈페이지를 참조하여 주시기 바랍니다.

감사합니다.

[자유와도전(김성민)]

해석을 잘 해주셔서 이해가 잘 가는군요 항상 잘 읽고 갑니다

[지바고]

항상 애독하여 주시고 댓글 주셔서 감사합니다.

[청산도]

항상 쉽고 정확한 정보 주셔 많은 공부 하고 있습니다 정말 감사 합나다.

[지바고]

네
글 하나 쓰려면 많은시간과 노력이 소요되는데 읽어주시고 댓글 달아주시니 보람이 있습니다
앞으로도 좋은 자료들 찾아서 공유토록 하겠습니다
감사합니다

[최소위]

좋은 자료 잘 읽고 갑니다. 비가 부슬부슬 오네요. 좋은 하루 보내세요

[지바고]

네
감사합니다

[김형중]

좋은자료 감사합니다

[지바고]

읽어주셔서 감사합니다