전투기의 순간 추진력을 1.5배 높여주는 애프터버너

 

 

초음속 전투기가 등장하는 영화를 보다 보면 비행기의 노즐 뒤로 긴 불꽃을 내 뿜으며 비행하는 전투기의 모습을 볼 수 있습니다. 이는 전투기가 초음속으로 비행하기 위해 애프터버너(After burner)를 작동시키는 것인데 보통 비행기의 제트엔진은 자체 가진 추진력으로 초음속을 돌파하기 어렵고 애프터버너를 통해 초음속을 돌파할 수 있습니다.

 

 

애프터버너는 터보제트엔진의 추진력을 향상시키는 장치로 한번 연소가 이루어진 제트엔진 고온의 배기가스에 제트 엔진의 터빈 뒤쪽에서 다시 연료를 분사하여 더 큰 추진력을 얻게 해주는데 애프터버너의 긴 파이프처럼 생긴 구조물은 실제로는 자세히 보면 표면에 작은 구멍들이 무수히 나있으며, 이곳에서 연료가 분사됩니다.

 

 

애프터버너는 이미 뜨거워진 배기가스에 연소를 분사하기 때문에 별도의 점화장치도 필요없습니다. 다만 연료와 배기가스가 잘 섞이도록 불꽃안정기란 구조물이 있는데 제트엔진 뒤에서 보면 동심원 모양으로 여러개의 고리가 보이는 그 구조물입니다. 이것이 와류를 만들어 배기가스를 일부러 흐트러트려서 연료와 잘 섞이게 해줍니다.

 

 

애프터버너를 사용하면 굉장히 큰 소음이 발생하는데, 대형 여객기와 비교해서 상대적으로 소형인 제트전투기가 이륙시에 더 시끄러운 것도 이 때문이다. 또한 큰 불꽃이 생기는데 여객기와 달리 전투기의 노즐에서만 이륙시 불꽃이 생기는 것도 이 애프터버너 때문이다. 이 불꽃에는 다이아몬드나 원판 모양의 무늬가 생기기도 하는데, 불꽃 내부에서 복잡한 충격파들이 생기다 보니 부분적으로 공기밀도와 온도가 다르기 때문이다.

 

 

이런 애프터버너를 작동시키면 통상적으로 기존 엔진보다 1.5배의 추진력이 증가합니다. 하지만, 1차로 연소된 배기가스에 2차로 다시 연료를 분사하기 때문에 연료 소비가 2~3배 이상 증가합니다. 그래서 통상적으로 전투기는 계속 애프터버너를 사용하지 않고 급하게 이륙하거나, 적기를 향해 고속으로 비행해야 할 때, 그리고 초음속 이상의 속도로 비행해야 할 때 애프터버너를 사용합니다. 

 

 

또한 너무 자주 애프터버너를 사용할 경우 장기적으로는 엔진 수명을 깎아 먹습니다. 최근에는 제트엔진의 고성능화 덕분에 애프터버너를 이용하지 않고도 초음속 이상의 속도를 얻는 경우도 있는데 이를 슈퍼크루징(Supercruising) 능력이라고 부릅니다.

 

 

미국의 최신예 전투기인  F-22 렙터에 장착된 F119 엔진의 경우, F100보다 22%나 강해진 추력 덕분에 애프터버너를 안 켜고 마하 1.72의 속도로 초음속 비행이 가능합니다. 물론 시간이 지나고 제트 엔진의 고성능화와 비행기 기체의 최첨단 설계로 가까운 미래에는 애프터버너 없이도 초음속이 가능한 비행이 가능하게 될 것입니다.