표면 냉각기

Surface radiators

1. 개발 목적[편집]

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항공기에 주로 쓰였던 냉각 시스템으로, 현재는 반드시 따라오게 되는 몇 가지 단점으로 인해 우리 주변에서는 거의 쓰이지 않고 있다. 고속으로 공기를 가르는 항공기에서 항력을 줄이는 것은 선택이 아니라 필수적으로 고려해야만 될 설계 요소이다. 레시프로 항공기가 주류이던 시절에는 항공기에서 가장 큰 저항을 일으키는 요소는 전면노출면적이었는데, 여기서 날개를 제외하면 가장 큰 면적으로 차지하는 것은 엔진과 라디에이터였다.

비행기는 전진하면서 고속의 기류를 안게 되는데, 통상적으로 고도가 높을 수록 기류의 온도는 더 내려가게 된다. 비행기의 엔진에서 발생하는 열을 식히느라 뜨거워진 냉각수를 벌집 형태의 냉각 코어 속으로 보내면 차갑고 풍부한 기류가 열을 빼앗아 식혀주게 되며, 이렇게 차가와진 냉각수는 다시 엔진으로 되돌아가는 사이클이 반복되는 것이다.

그러므로 초기 항공기 설계자들에게 있어 큰 골칫거리는 고출력의 엔진을 탑재할수록 더 큰 냉각용량을 가진 라디에이터도 함께 장비해야만 한다는 점이었다. 이 문제는 피할 수가 없었기 때문에, 모처럼 끌어올린 파워로 붙인 속도를 늘어난 항력 때문에 다시 깎아놓는 결과가 나왔다. 또한 기체 실루엣에서 동떨어져 크게 돌출된 냉각코어는 그 자체가 엄청난 와류를 만들어버려 비행특성을 해치는 일도 흔했다.

표면 냉각기는 이러한 문제를 해결하기 위해 고안된 새로운 냉각 시스템으로, 제1차 세계 대전 후반에 등장해 한동안 유행한 신기술이었다. 이것은 기체의 표면이나 날개 표면에 얇게 밀착된 형태로 디자인된 장치였던 탓에 항력이 늘어나는 문제를 상당 부분 해소해줄 수 있는 솔루션이어서, 제 속도에 욕심이 있는 설계자들 사이에서는 단박에 큰 주목을 받게 된다.

2. 냉각기의 구조[편집]

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열전도율이 높은 재료(처음에는 구리가 쓰였다)를 얇게 펴서 박판 형태로 만든 다음, 냉각수가 순환하는 수관 위에 밀착시켜 붙인 구조로, 냉각수는 표면 냉각기가 붙여진 동체 위나 날개 위로 흐르게 된다. 표면 냉각기는 일반 라디에이터와 그 원리와 역할이 똑같지만, 재래식 냉각기가 전진 기류를 정면으로 받아 큰 항력을 낳는 구조였다면 기류와 평행하게 냉각수를 흐르게 하는 것이 핵심이다. 1920년와 30년대에 세계적으로 유행하던 여러 에어레이싱 대회와, 에어더비 같은 속도 경기에 출전하는 에어 레이서들 사이에서 표면 냉각기는 크게 유행하게 되었고, 비슷한 시기에 He 100 같은 전투기에도 실험적으로 도입되었다.

3. 단점과 쇠퇴[편집]

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표면 냉각기는 항력 감소라는 본래의 설계 목표를 달성하는데 있어서는 매우 유용했지만, 모든 문제를 해결해주는 것은 아니었다. 흔한 형태가 날개 상면에 설치하는 것이었는데, 이 때문에 에어포일이 본래 가진 양항비나 비행 특성을 해치는 경우가 있었고, 무게 면에서는 오히려 기존의 간단한 라디에이터보다 더 무거운 경우가 흔했다. 또한 얇은 구리판으로 만들어진 표면은 유지 보수가 까다로와 정비성도 낮았다. 이를테면 조종사가 타고 내릴 때 표면 냉각기를 밟게 되면, 박판이 우그러들어 냉각수의 순환을 방해하게 되므로 전부 뜯어내고 다시 설치해야만 했다. 군용기의 경우는 피탄 면적이 제일 넓은 날개에 기관총탄 몇 발만 명중해도 안에 든 냉각수가 줄줄 새어나와 엔진이 과열되어 버릴 가능성도 높았다. 게다가, 비행 중에는 빠른 기류를 얻을 수 있어 냉각 효율이 좋았지만 저공에서 느리게 날면 그 효율이 떨어졌고, 지상에서 정지된 상태에서는 매우 쉽게 엔진을 과열시켰다.

그렇지만 이 방식은 속도 경기용으로는 안성맞춤이어서 1928년에 말콤 캠벨 경이 만든 블루버드 같은 속도기록차량에도 설치되는 경우가 있었다.