EXIFEEDI's Science and Technology World

오늘날의 자동차 엔진은 대부분 내연기관(internal combustion engine)을 이용하고 있지만, 이러한 내연기관이 발명되기 전에는 외연기관(external combustion engine)을 이용했고 특히 증기기관(steam engine)을 많이 사용했다. 여기에서는 증기기관의 동작 원리를 간단하게 살펴 볼까 한다.


증기를 이용한 장치에 대한 기록은 서기 1세기 이집트까지 거슬러 올라가지만, 최초의 실용적인 산업용 증기기관은 1712년 토마스 뉴코먼(Thomas Newcomen)이 발명했다. 1769년 제임스 와트(James Watt)가 큰 개선을 이루었다. 증기기관은 내연기관이 보편화되기 전 증기기관차나 증기선 등에 널리 이용되었다.


증기기관의 구조는 아래와 같다. 고압 증기가 들어갈 수 있는 부분이 있고 그 내부에는 슬라이드 밸브(slide valve)가 있다. 밸브 아래에는 피스톤(piston)이 장착되어 있다.



동작 원리를 간단하게 살펴 보면 다음과 같다. 먼저 슬라이드 밸브(slide valve)는 오른쪽에 위치하여 있다고 가정하겠다. 이때 고압의 증기(아래 그림의 분홍색 부분)가 기관 내로 들어온다. 증기가 슬라이드 밸브(slide valve) 아래에 있는 두 개의 관 중에서 왼쪽 관으로 밀려 들어가면 왼쪽에 놓여 있던 피스톤이 점점 오른쪽으로 밀리면서 피스톤 오른쪽에 있던 증기를 바깥으로 밀어낸다. 이제 슬라이드 밸브(slide valve) 위치를 왼쪽으로 옮기면, 이번에는 고압의 증기가 슬라이드 밸브(slide valve) 아래에 있는 관 중에서 오른쪽 관을 통해 들어가게 되기 때문에 오른쪽으로 밀린 피스톤을 다시 왼쪽으로 밀게 된다. 이런 과정을 반복해 왕복 운동을 만들어 내는 것이다.



이러한 과정은 다음 애니메이션을 보면 더욱 쉽게 알 수 있다. 다음은 증기기관차를 나타낸 것인데, 오른쪽에 증기기관이 보이고 중간 부분에 밸브 막대(valve rod)와 크로스 헤드 가이드(cross-head guide), 왼쪽에 바퀴가 보인다. 이를 보면 먼저 증기를 증기기관에 밀어 넣기만 하면 그 힘이 피스톤 → 크로스 헤드 → 바퀴 → 슬라이드 밸브 순으로 차례로 옮겨지면서 밸브의 위치를 좌우로 이동시킬 수 있음이 보인다. 이어 피스톤이 왕복 운동을 하면서 바퀴를 굴리게 되는 것이다.



그림 출처: http://www.howstuffworks.com/steam.htm

구 소련의 우주왕복선 부란(Buran)을 실어 나르는 Antonov An-225 Mriya 항공기


세계 최대의 페이로드(항공기가 실어 나를 수 있는 화물의 양)를 가진 러시아의 항공기 Antonov An-225 Mriya 항공기(Антонов Ан-225 Мрія, NATO reporting name: Cossack; Мрія는 우크라이나어로 '꿈(dream)'을 뜻한다). 현재 단 한 대만 운용되고 있으며, 최대 250톤의 화물을 적재할 수 있다. Antonov는 항공기 개발자인 Oleg Konstantinovich Antonov(1906~1984)의 이름을 따 설립한 항공사이다. 새벽에 디스커버리 채널을 시청하는데 이 항공기에 대한 이야기가 나왔다. 원래는 러시아의 우주왕복선 부란을 실어 나르기 위해 An-124 항공기를 개조하여 만든 기체였다고 한다. 하지만 1988년 구 소련의 붕괴와 함께 부란의 개발이 중지됨에 따라 An-225 항공기도 함께 개발이 중지되는 처지에 처했다. 항공사는 재정 적자를 감당하지 못해 An-225의 부품을 하나씩 팔아 가며 회사를 유지해야만 했다. 그러기를 8년, 우크라이나 경제 회복과 더불어 An-225도 중대형 화물 수송기로 제 갈 길을 걷기 시작했다.

현재 최대의 민간 항공기인 보잉(Boeing) B747-400이 500명의 승객을 태울 수 있는 반면, An-225를 승객용으로 개조할 경우 이론상 1,500명까지도 태울 수 있다고 하니 그 크기를 상상할 수 있을 것이다.

1. Wikipedia, Antonov An-225: http://en.wikipedia.org/wiki/Antonov_An-225