"1,000회 비행 만에 금속 조각 떨어져"… 보잉 787 탑재 'GE 엔진' 조기 균열 경고

보잉의 최신예 광동체 여객기인 787 드림라이너(Dreamliner)에 탑재되는 미국 제너럴 일렉트릭(GE) 에어로스페이스의 주력 제트 엔진에서 고압 터빈 블레이드가 비행 수명 기준에 한참 못 미치는 1,000회 비행 주기 전후로 조기 균열을 일으키고 있다는 연구 결과가 나왔다.
조기 균열로 인해 미세한 금속 조각이 떨어져 나가는 현상이 실전 운용에서 확인되면서, 글로벌 항공사들이 막대한 비용을 들여 엔진을 조기 강제 탈거할지, 아니면 극도로 촘촘해진 점검 주기 하에서 위험을 감수하고 운항을 연장할지 진퇴양난의 갈림길에 섰다.

과거 두 차례의 737 맥스 참사와 비행 중 도어 플러그 탈락 사고 등으로 홍역을 치른 미국 항공우주 제조업계의 품질 관리와 안전성 신뢰도가 핵심 엔진 부품의 결함 논란으로 재차 도마 위에 올랐다.

11월 2일(현지시각) 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)에 따르면, 샤먼항공(Xiamen Air) 소속 항공 엔지니어 샤오펑(Xiao Peng)은 중국 항공 산업 학술지 『항공 정비 및 공학(Aviation Maintenance &Engineering)』 최신호를 통해 GE의 보잉 787 전용 엔진 'GEnx-1B'의 1단 고압 터빈(HPT) 블레이드에서 나타난 조기 파손 및 열 피로 결함 사례를 정밀 공개했다.

보잉 787 기종은 미국의 GE GEnx-1B와 영국의 롤스로이스 트렌트 1000(Trent 1000) 중 하나를 선택해 탑재한다.

이번 연구는 GEnx-1B 엔진 중 '2단계(Phase 2)' 및 '2+단계(Phase 2+)' 블레이드 설계를 적용한 엔진들을 전수 분석했다. 해당 부품은 이전 세대 대비 냉각 효율을 개선했다고 홍보되었으나, 실제 비행 환경에서는 설계 기대치에 미치지 못하는 내구성을 드러냈다.

고압 터빈 블레이드는 연소실 직후의 초고온·고압 및 초고속 회전 응력을 견뎌야 하는 제트 엔진의 핵심 기술이다.

그러나 연구진은 "해당 기단을 운용하는 항공사에서 HPT 블레이드 결함으로 인해 총 5건의 비계획적인 엔진 강제 탈거(제거)가 발생했다"며 "모두 블레이드 볼록한 표면에 가공된 냉각 구멍 사이에서 금속 재료가 떨어져 나가는 손실과 직결되어 있었다"고 밝혔다.
통상 1회 비행 주기(Cycle)는 한 번의 이륙과 착륙을 의미한다.

샤 엔지니어는 "엔진을 장착한 지 불과 1,000사이클 안팎에서 블레이드 볼록면의 첫 번째와 두 번째, 또는 두 번째와 세 번째 냉각 구멍 사이에 방사형 균열이 발생하는 사례가 빈번했다"며 "균열이 서로 연결되면서 결국 고온 기류 속에서 금속 조각이 박리·이탈하는 현상으로 이어졌다"고 지적했다.

GE 측의 자체 원인 분석 결과에 따르면, 이 같은 조기 파손의 주원인은 취약 부위의 기하학적 응력 집중과 고온 반복 노출이 결합된 '저주기 열 피로(Thermal Fatigue)'로 판명됐다.

아울러 블레이드 후면부의 열차폐 코팅(TBC)이 벗겨져 하부 금속이 산화에 무방비로 노출되거나, 고추력 엔진 모델에서는 블레이드 뿌리 플랫폼에 균열이 생겨 들뜨는 현상으로 인해 전 세계적으로 3대의 엔진이 추가 탈거된 사례도 확인됐다.

논문은 1,818회의 비행 사이클을 소화한 뒤 냉각 구멍 사이의 금속 유실이 확인된 특정 엔진(일련번호 956XXX)의 실제 정비 과정을 상세히 다뤘다.

기존 항공기 정비 매뉴얼(AMM) 규정상 금속 유실이 발견된 엔진은 안전을 위해 10회 이내의 추가 비행 후 즉각 날개에서 떼어내 정밀 분해 수리에 들어가야 했다. 그러나 예비 엔진 부족과 항공편 취소 대란을 우려한 항공사는 엔지니어링 안전 평가를 거쳐 GE의 승인 하에 운항 연장을 타진했다.

결국 항공사는 보어스코프(내시경) 점검 주기를 8회, 4회 단위로 극도로 쪼개며 결함 진행 여부를 매일 감시한 끝에, 대체 엔진을 겨우 확보하고 12회의 비행을 더 수행한 뒤 엔진을 내릴 수 있었다.

이처럼 한계 수치에 도달하지 않은 미세 결함이 조기 발견될 경우 항공사들의 운항 리스크는 극대화된다.

엔진을 조기에 강제 탈거해 정비창으로 보낼 경우 천문학적인 유지보수 비용과 대체 엔진 리스 비용이 발생하며, 기체 결항으로 비행 일정에 막대한 차질이 빚어진다.

반대로 운항을 강행하다가 금속 조각이 터빈 후방으로 튀입되면 엔진 정지 등 치명적인 기내 비상사태로 번질 위험이 상존한다.


2025년 8월 기준, 전 세계에서 운용 중인 GEnx 엔진 중 이번 연구 대상인 2단계 및 2+단계 터빈 블레이드를 장착한 엔진은 약 417대에 달하며, 이는 전 세계 보잉 787용 GEnx 기단의 15%를 차지하는 막대한 물량이다.

데이터가 축적되자 GE는 작은 금속 손실에 대해서는 과거처럼 즉시 탈거하지 않고 100회 또는 250회 비행 주기마다 반복 내시경 점검을 수행하는 조건으로 완화된 유지보수 지침을 내놓았으나, 현장에서는 불안감을 떨치지 못하고 있다.

특히 샤 엔지니어는 "2,000사이클 이상을 비행한 블레이드에 대해서는 점검 빈도를 대폭 늘리는 것은 물론, 조기 파손의 전조 증상인 엔진 미세 진동, 배기가스 온도(EGT)의 비정상적 변동을 실시간으로 추적 감시해야 한다"고 권고했다.

이번 폭로는 미국 항공우주 산업의 공급망 및 제조 신뢰도가 구조적 불신에 직면한 시점에 나왔다.

보잉은 2018~2019년 인도네시아와 에티오피아에서 발생한 737 맥스 추락 참사(346명 사망)에 이어, 2024년 1월 알래스카 항공 737 맥스 9 기종의 도어 플러그 비행 중 탈락 사고로 품질 관리 시스템의 허점을 여실히 드러냈다.

미국 연방항공청(FAA)은 787 드림라이너에 대해서도 제조 결함에 따른 날개 피로 균열 우려 등으로 감항성 개선 지시를 잇달아 발령하며 감시를 강화해 왔다.

여기에 2025년 6월 12일 인도 아메다바드에서 이륙 직후 추락해 260명의 목숨을 앗아간 에어인디아 787-8 참사의 최종 원인 조사가 진행 중인 상황에서, 기체 조립을 넘어 핵심 추진체인 엔진 블레이드의 내구성 결함까지 수면 위로 떠오르며 글로벌 항공업계의 긴장감이 최고조로 치닫고 있다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com