제트 엔진

개요

제트 엔진 Jet engine

공기를 흡입해서 압축시킨 뒤 그곳에서 나온 연료를 분사 연소시켜서 생긴 고온,고압 가스를 고속으로 분출시켜 생기는 반작용으로 추진하는 엔진이다.

주로 항공기 엔진으로 쓰이며 최초로 쓰인 항공기는 독일군의 He 178이 있다.

어떤 문과와 밀알못 좆문가들은 Me262만 보고 독일이 최초로 만들었다고 오해를 하나 사실은 영국에서 만들어 진것이며 1937년에 영국인인 프랭크 휘틀(Frank Whittle)이 최초로 발명한것이다. 그리고 독일의 오하인이 그보다 조금 늦게 개발해냈다.

근데 이게 처음 만들때 영국은 상태가 엉망이었고 그동안 독일이 이리저리 주물떡거려서 한스 폰 오하인(Hans von Ohain)이 연구한 제트 엔진은 항공기에 활용되기 시작한다. 영국은 1938년 쯤에서야 관심을 가지기 시작했고 독일보다 2년쯤 늦게 시험용 제트기를 만든다. 그리고 이탈리아놈들이 1940년에 만들었는데 이쪽은 조용히 묻힘.

대표적으로 이 엔진을 만드는 유명한 회사는 미국의 제너럴 일렉트릭과 프랫&휘트니가 있으며 영국의 롤스로이스가 있다.

추가로 노잼글 써놓자면 저런 본격적인 제트엔진 이전에..Coanda경이 만든 Coanda 1910이라는 복엽기도 있다.

일부에서 최초의 제트기라 주장하기도 하지만 무시하자. 저 복엽기 엔진이 50마력의 클레제 공랭엔진인데, 프로펠러가 아니라 팬으로 추진한다. 산소를 빨아들여서 뒤로 내뿜는거다. 알아두면 좋을거다.

무에서 발명된 발명품같은건 이 세상에 없다... 뭐든 찾아보면 기틀이 되는 이론이나 그 이전의 발명품이 존재하기 마련이다.

종류

램 제트

터보 제트

터보프롭

터보팬

터보샤프트

프롭팬

펄스제트

램 제트

ram jet

제트 엔진의 한 종류로 초음속에서 효율적인 엔진이다.

1908년 프랑스의 기술자인 르네 로랑(René Lorin)에 의해 고안되었으나 당시에는 기술력이 딸려서 램 제트가 필요한 항공기를 개발할 여력이 없었다. 그후 2차대전 이후 프랑스의 공학자인 르네 르듁(René Leduc)이 램 제트가 탑재된 항공기를 내놓게 된다.

속도 한계는 마하 7~10 정도로 비행기의 속도가 마하 3~4 정도에 달하면 전진압(램 압력)을 이용하여 충분한 압축 압력을 얻을 수 있기 때문에 압축기와 터빈이 불필요하다.

램 제트 기관은 이 원리를 응용해서 초음속 비행 전용으로 개발되었으며, 공기 입구, 연료 노즐, 연소실, 배기 노즐만으로 이루어진 간단한 원통형의 구조이다. 그 원리는 빠른 속도를 가진 공기가 공기 취입구에서 확산 작용에 의해 속도 에너지가 압력 에너지로 바뀐다.

연소실 내에서는 연속 연소함에 따라 가열되며, 배기 노즐에서 가속 분출한다. 저속일 때에는 효율이 나쁘므로, 사용속도(초음속) 에 달할 때까지 다른 기관을 사용하여 추력을 얻어야 한다.

터보팬이나 터보젯에 비해 상대적으로 간단한 구조와 회전 압축기가 없다는 특성 덕분에 주로 초음속 항공기나 미사일에 쓰이는 경우가 많다.

터보 제트

지금은 거의 안쓰인다. 쓰이더라도 똥파이브 같은 고물 항공기나 미사일, 제설용 차량에 쓰임.

요즘 여객기 소리보다 훨씬 더 시끄럽다. 소닉붐으로 소리 중첩되면 귀먹을 지경임

제트 엔진의 일종으로 최초로 실용화 된 항공기용 가스터빈 엔진이며 기본적인 형태의 제트 엔진이다.

최초로 실용화된 항공기용 가스 터빈 답게 구조와 원리가 단순한데 흡입구에 대기가 유입되면 여러 겹의 프로펠러인 압축기를 통과하면서 고온 고압의 압축공기로 바뀌고 압축공기가 연소실에서 분사되는 연료와 만나서 발화된 뒤 생기는 고온 고압의 배기가스는 압축기와 연동된 터빈을 회전 시킨 뒤 통과해 압축기의 동력을 얻음과 동시에 그 가스를 후방의 추력 노즐로 부터 분사하는 식의 원리이다.

압축기의 프로팰러 겹수와 형태에 따라 분류가 되기도 하는데 원심식과 축류식 등 두 종류로 나눠진다.

원심식은 구부러진 1겹의 프로펠러인 원심회전차(centrifugal impeller)로 이뤄진 원심 압축기를 쓴 터보 제트 엔진으로 길이가 굵고 짧아서 압축비가 떨어지는게 특징이다. 대신 축류식 보다 더 가혹한 작동 조건도 버티며 이물질 흡입에도 잘 버틴다는 장점이 있다. 축류식보다 높은 압력으로 만들수 있어서 주로 미사일에 쓰이는 경우가 많다.

축류식은 일반적인 제트 엔진으로 압축기에 여러 겹의 프로펠러인 다단축류압축 팬이 있는 구조이다. 압축비도 높고 기류가 축에 평행된 구조라서 효율이 좋으며 구경도 작은 편이라 대부분 항공기에 탑재되는 엔진이다. 또한 고고도 고속순항에 적합한 엔진이기도 하다. 단, 이물질 흡입이 원심식에 비해 약하고 앞뒤가 늘어질수 있다는 단점이 있다.

대기가 일직선으로 움직이고 피스톤 엔진 처럼 왕복 운동에서 회전 운동으로 바꿀 필요가 없어서 다른 항공기용 엔진들에 비해 부품 개수가 적은편이라서 신뢰성이 높은 편이다. 게다가 다른 피스톤 엔진들을 쓰는 항공기에 비해 이 엔진을 쓰는 항공기는 고속 순항이 가능하다는 이점도 있다.

하지만 화염 유지가 어렵고 소음이 높다는 단점도 있으며 저속에서는 비경제적이라는 문제점 또한 있다. 압축비가 큰 배기가스가 통크게 고속으로 내뿜으니 기압차에 의한 소음이 클 수 밖에 없다. 따라서 이를 해결하기 위해 소음을 줄이고 바이패스비를 높이기 위해 터보팬 엔진이 등장했다. 애초에 바이패스비라는 개념도 터보팬이 있기에 등장했다.

2차 대전 이후에는 대부분의 군용기나 민항기 불문하고 대부분의 항공기에 썼지만 음속 이하의 비행이 가능하고 연비가 뛰어난 터보팬이 발명될 시점부터 수요가 거의 사라졌다. 단, 터보팬 엔진은 가격이 비싸기 땜에 연비 그딴거 안따지는 일회용 죽창인 미사일에는 여전히 터보 제트 엔진이 쓰이고 있다.

터보프롭

가스 터빈과 프로펠러의 혼종이다.

1926년 영국의 공학자인 '앨런 아널드 그리피스(Alan Arnold Griffith)'가 처음 고안한 것으로 1938년, 헝가리의 공학자인 '옌드러시크 죄르지(Jendrassik György)'가 완성시킨 '엔드러시크 Cs-1' 엔진이 터보프롭의 시초이다. 참고로 이 엔진은 1939년부터 1942년까지 운용한 정찰 폭격기인 'Varga XG/XH'에 장착했으나 안정성이 떨어져서 실용화에 실패했다. 하지만 이후 어느정도 실용화해서 E-2나 Tu-95같은 항공기에 쓰이는 편이다.

구조와 원리를 설명하자면 가스터빈 앞에 프로펠러가 있는 구조이고 가스터빈을 이용해서 프로펠러를 돌리는 것으로 그 프로펠러가 공기를 밀어내면서 추진력을 발생 시키는 원리이다.

얼핏보면 프로펠러처럼 팬이 대놓고 드러낸것을 제외하면 터보팬과 비슷하지만 터보팬 등 기존 제트 엔진에서 원심식 압축기가 사라진것과는 달리 터보프롭은 원심식 압축기와 축류식 압축기를 병행해서 쓰고 있으며 감속기어도 존재한다.

무게 및 부피 대비해서 파워도 좋은 편이고 기존 터보팬과 터보제트 엔진에 비해 저속에서 효율이 좋아서 연료비가 적게 드는등 경제성이 좋고 기존 피스톤 엔진에 비해 가볍고 부품수도 훨씬 적고 정비성과 신뢰성이 높고 기계적 진동이 약하다는 장점을 가지고 있다. 또한 터보프롭전용 제트유도 어느 공항에서 구하기도 쉽고 저속 항공기에서 STOL 성능이 뛰어나다는 장점 또한 가지고 있다.

반면 피스톤 엔진에 비해 대체로 출력이 높고 가격이 비싸며 비교적 연료효율도 좆망임과 동시에 존나 시끄러운 소음을 지니고 있다는 단점이 있다. 거기에 사고는 비교적 덜 일어나지만 터보팬 블레이드가 부러지면 이 엔진에게 있어서 사망플래그이기 땜에 관련 사고가 일어나면 끝장이며 그래서 피스톤 엔진에 비해 개발비가 많이 드는 편이다. 그리고 경비행기에 잘 안쓰는 엔진이다보니 경비행기 한정으로 정비 인프라가 좆망이라서 부품수급이 어렵다는 단점도 있다.

이 엔진을 쓰는 대표적인 비행기는 미국의 E-2와 러시아의 Tu-95가 있다.

터보팬

터보젯 앞에 커다란 팬을 달아놓은 제트 엔진의 일종.

독일에서 1943년에 처음 만들었다. 다임러-벤츠 DB 007이 보통 최초의 터보팬 엔진으로 취급받는다. 요즘은 대부분의 여객기와 제트 군용기에 사용된다.

대충 원리를 설명하자면 터보펜 엔진은 두종류의 기체를 뿜내는데 앞의 존나 큰 팬으로 가속되는 공기를 바이패스 공기(Bypass Air)라고 하는데 이것의 연료가 연소된 후의 배기가스가 둘러싼 형태로 주동력원인 연소된 공기로 여기서 연소되는 에너지를 이용해서 엔진 앞쪽의 크고 아름다운 터보팬을 돌려서 바이패스 공기를 만드는 것이다. 즉, 연소되는 에너지로 추가 출력을 내는 것이다. 하지만 터보팬을 돌리느라 연소된 공기가 느려지는 단점도 있지만 그래도 바이패스 공기는 계속 나와서 출력은 계속 낸다.

일반 터보젯보다 연료효율이 좋다. 또한 동급 연료소모량에서 높은 추력을 내는 것과 소음을 줄여주는 장점도 있다.

다만 터보팬 엔진은 그 팬 때문에 군용기가 급기동을 할 때의 내구성이 상당히 오래 지적받아왔다. 또한 기존 터보제트에 비해 구조가 복잡하다. 그리고 크고 아름다은 팬 덕분에 엔진의 직경이 커지는 경우도 있고 고속으로 갈수록 불리하다는 단점이 있다.

일반 사람들에게는 제트엔진=터보팬이다.