항공기의 주요 시스템에는 엔진계통, 조종계통, 착륙장치를 구동하기 위한 유압계통, 많은 탑재연료를 각 엔진에 공급하는 연료제어계통, 13,000ft 이상에서 외부의 압력과 항공기 내부의 압력이 같다면 승객들의 목숨이 위험해지기 때문에 기내의 압력을 승객이 쾌적함을 느낄 수 있는 고도의 압력과 동일하게 유지해주는 공기여압조정계통, 결빙이 발생하면 항공기의 양력이 급격히 줄어들어 성능에 문제가 발생하거나 안전상의 문제가 발생할 수 있기 때문에 이를방지하기 위해 얼음을 녹여주는 방빙(anti-icing) 또는 제빙(de-icing)장치, 항공기가 한 장소에서 다른 장소로 안전하게 이동하기 위한 항법 및 통신계통, 전기 및 계기계통, 각종 경보장치, 사고 시의 비상탈출 장치, 화재 및 연기 탐지 및 소화 장치 등으로 구성되어 있다. 그 중 항공기 엔진은 항공기의 속도를 증가시켜 양력을 발생시키는 가장 큰 에너지의 원천이자 그외의 대부분의 항공기의 주요 시스템이 작동하기 위한 에너지를 내는 것이기 때문에 항공기의 심장이라할 수 있다.

항공기용 왕복엔진
항공기의 엔진에는 왕복엔진, 터보제트엔진, 터보팬엔진, 터보프롭엔진, 터보샤프트엔진이 있다. 왕복엔진은 실린더, 피스톤, 점화플러그, 크랭크 등의 요소로 구성되어 있는 것으로 실린더 내에서 피스톤의 왕복운동을 동력으로 활용하는 것이다. 열역학적 사이클의 분류에 따라 가솔린기관과 디젤기관 등으로 분류하고, 행정 수에 따라 2행정기관과 4행정기관, 냉각 방식에 따라 공랭식엔진과 수냉식엔진으로 분류된다.

항공기용 왕복엔진은 무게가 가볍고, 큰 힘을 얻을 수 있는 가솔린기관 중에서 4행정 공랭식엔진이 사용되고 있다. 왕복엔진의 작동원리는 우선start motor가 회전하여 크랭크축을 한번 돌려주고 나서 흡입 밸브가 열리고 배기밸브가 닫힌상태에서 피스톤이 위(상사점)로부터 아래(하사점)로 내려가면 외부 공기를 실린더 내부로 들여와 연료와 섞는 흡입행정이 이루어지고, 계속 배기 밸브가 닫힌 상태로 아래 부근에서 흡입밸브가 닫히고 다시 피스톤이 올라올 때 압축행정이 이루어진다. 다음으로 흡입 밸브와 배기 밸브가 닫힌 상태에서 피스톤이 상사점까지 다 올라왔을 때 점화플러그를 통한 스파크 점화로압축행정으로 인해 압축된 고온고압의 혼합연료 가스는 연소하여 폭발하면서 피스톤은 폭발된 연소가스에 밀려 다시 아래로 내려가면서 폭발 행정이 이루어진다. 이 폭발력으로 인해 크랭크축을 회전시키는 동력을 얻게 된다. 폭발행정이 끝나고 피스톤이 아래로 내려오면 흡입밸브는 닫힌 상태 그대로 있고, 배기 밸브가 열리며 피스톤이 다시 위로 올라가면서 실린더 내에있는 연소 가스를 배기구로 밀어내어 배기행정이 이루어진다. 이와 같이 엔진이 흡입, 압축, 폭발, 배기 행정을 연속적으로 진행시키는 동안 크랭크축에서 축동력이 만들어진다. 라이트 형제가 최초로 발명한 동력비행기 형태의 항공기는 크랭크축에 추진용 프로펠러를 장착하여 왕복운동을 회전운동으로 바꿔 추진력을 얻는 것이다. 현재 왕복기관은 경헬기를 제외하고는 거의 사용되지 않지만 자동차 내연기관에서는 여전히 대중적으로 사용되고 있기 때문에 알아두면좋은 상식이다. 뒤에서 나올 터보제트·터보팬엔진과 왕복엔진의 가장 큰 차이점은 제트 엔진은한번 시동이 걸리면 더 이상 점화시켜줄 필요가 없지만, 왕복 엔진은 start motor가 회전하여 크랭크축을 돌려준 이후에도 점화플러그를 통한 스파크 점화를 계속적으로 해야 한다는 것이다.

 
터보제트엔진과 터보팬엔진
터보팬은 터보제트로부터 발전한 것으로서 터보팬 엔진은 이전의 제트엔진인 터보제트 기관에 비해 높은 바이패스비(by-pass ratio)를 가지고 있다. 바이패스비의 정의는 바이패스 유동의유량과 코어 유동의 유량의 비율이다. 즉, 엔진입구 쪽에서 흡입한 공기 중 바로 바깥쪽(bypass)으로 빼내버리는 공기량과 엔진에서 연소시키는 공기량의 비율이다. 최초의 초음속 여객기인 콩코드기에 장착된 터보제트엔진의 바이패스비(B/R)는 1:0 이였는데 Rolls-Royce Trent 1000 엔진을 장착한 B787기의 B/R은 1:10에 달한다. 바이패스비가 높아졌다는 것은 공기가 엔진 안으로 적게 빨려 들어간다는 것을 의미하고, 이는 공기를 연소시키는 연료를 적게소모한다는 뜻이기 때문에 연비가 낮고 소음이 많이 줄어들지만, 추력이 낮아서 속도가 나지않는다는 것이다. 터보팬엔진은 연료를 적게 소모하더라도 기존의 바이패스비가 낮았던 제트 엔진만큼의 강력한 추력을 내기 위한 방안으로 여러 개의 fan을 빠른 속도로 회전시키는 것이다. 그러나 한계가 분명히 있기 때문에 보통 초음속으로 비행해야 하는 전투기의 경우에는 터보제트엔진을, 아음속으로 비행하는 여객기 등에는 터보팬엔진을 장착한다. 터보팬엔진은 저압 압축기와 고압 압축기(compressor), 저압 터빈과 고압 터빈(turbine), 연소기, 저압 축과 고압 축(spool, shaft), 팬(fan)으로 구성되어 있다. 따라서 터보 팬 엔진을 2 spool axial flow fan engine이라 부르기도 한다. 터보팬 엔진의 작동원리는 우선 엔진의 앞쪽에 커다란 팬(fan)블레이드가 회전하면서 막대한 양의 공기를 엔진 속으로 흡입한다. 저압 압축기와 고압 압축기 순으로 일렬로 배열되어 있는데 들어가면서 통로가 좁아지고 고온·저압 압축기가 모두 돌아가기때문에, 팬에 의해 유입된 공기가 이 압축기를 지나면서 점차 압축되어 고온고압의 공기가 만들어지고 이를 연소실로 보낸다. 연소실에서 압축된 공기를 연료와 섞어 이것에 불을 붙여 연소시킨다. 이때의 팽창력으로 터빈을 돌리고 배기구를 통해 고속의 제트 기류를 분출하여 추력을 얻는다. 고압 터빈과 저압 터빈 순으로 일렬로 배열되어 있는데 연소하는 공기의 팽창력을 이용하여 터빈을 회전시켜 구동력을 얻는다. 고압 터빈 다음으로 저압 터빈을 배치한 이유는 연소실에서 갓 배출된 공기는 기압이 가장 높기 때문에 연소실과 가장 인접한 곳에는 가장세게 도는 터빈인 고압 터빈을 배치한 것이다. 터빈과 샤프트(shaft)는 연결되어 있고 샤프트는압축기와 연결되어 있어 터빈에서 얻어진 구동력으로 압축기를 돌리고 경우에 따라서는 외부와 연결해 동력을 전달한다. 즉, 뒤쪽에 있는 고압 터빈이 회전하면 앞쪽의 고압 압축기가, 저압 터빈이 회전하면 저압 압축기가 회전하면서 팬을 통해 유입되는 공기를 더 압축시켜 주는구조인 것이다. 마지막으로 연소된 공기가 팽창하면서 배기구(nozzle)를 통하여 고속의 제트기류를 내뿜고 추력을 얻는다.

터보프롭 엔진과 터보샤프트 엔진
터보프롭 엔진은 추진력을 프로펠러를 통해 얻는 것으로 같은 가스 터빈에 기반을 둔 터보제트가 추력을 얻는데 최적화된 반면 터보프롭은 프로펠러를 구동하기 위한 축력을 얻는 데 최적화되어 있다. 터보프롭 엔진은 추력을 상당 부분 희생하고 터빈을 통해 얻은 에너지로 압축기를 돌리고 프로펠러를 구동한다. 터보샤프트는 구조가 터보프롭과 유사하다. 터보프롭은 엔진 전면의 감속기어에 연결된 프로펠러를 구동하기 위해 샤프트를 통해 터빈과 직접 연결하지만, 터보샤프트는 또 다른 터빈을 구동하여 힘을 전달한다. 터보제트, 터보프롭, 터보샤프트 엔진은 모두 가스 터빈 엔진의 한 종류이지만 앞서 말한 터보제트, 터보프롭 엔진과 달리 터보샤프트 엔진은 추력으로 자유 터빈을 구동하여 기관 외로 전달하는 것이다. 항공기는 단점을 보완하고 장점을 극대화하려는 목적으로 끊임없이 발전해왔다. 항공기 엔진 역시 마찬가지이다. 오늘날은 극초음속으로 비행해도 문제없을 정도의 성능을 갖춘 엔진을 개발하는 것이 가능한정도까지의 수준으로 왔다. 현재에 만족하지 않고 끊임없이 앞으로 나아가는 항공기 엔진의 미래가 궁금하다.