(3) Jet Engine Basics

Jet Engine Basics

 

제트엔진은 기본적인 작동 주기(흡입, 압축, 연소, 폭발, 그리고 배기)를 갖춘 가스 터빈이다. 공기는 흡입구(intake)를 통과한 다음 압축기(compressor)로 진입한다. 압축기는 일련의 fan blades나 “stages”로 구성된다. 엔진의 첫 번째 stage는 직경이 가장 크며 블레이드가 가장 크다. 이후의 stage들은 각각 더 작은 직경을, 그리고 더 높은 pitch를 갖춘 얇은 블레이드로 이루어져 있다. 각 stage의 압축 과정은 공기의 온도와 압력을 상승시킨다. 고압의 뜨거운 공기는 연소실(combustion chamber)로 진입하며 여기에서 연료가 더해진다. 엔진 시동 도중 점화 장치(igniters)가 연료-공기 혼합물을 점화하며 그 이후에는 연소가 자체적으로 유지된다. 급속하게 팽창하는 공기는 터빈(turbine)을 통과한다. 터빈은 압축기와 마찬가지로 일련의 fan blade stages로 구성된다. 터빈은 압축기를 회전시키기 위해 공기흐름으로부터 일부 에너지를 추출한다. 남은 에너지는 꼬리 파이프(tail pipe)의 노즐에서 급격한 공기 팽창을 일으키고, 가스를 고속으로 가속시키며, 추력을 생산한다. [그림 16-1]

터보팬 엔진의 ducted fan은 engine core 주위의 공기를 일부 우회시킨다. 이 차가운 바이패스 공기(bypass air)는 추력의 일부를 생산한다. 연소를 위해 압축된 공기에 대한 바이패스 공기의 양이 터보팬의 바이패스 비(bypass ratio)를 결정한다. 터보팬 엔진에서는 압축기와 터빈이 하위 섹션들로 나뉜다. 터빈의 각 하위 섹션은 split-spool shaft를 통해 압축기의 특정 하위 섹션과 연결된다. [그림 16-2]

gas generator를 위해 엔진으로 유입되는 공기는 추가로 압축된 다음 core의 공기흐름을 구성한다. 터보제트 엔진은 gas generator의 출력을 모두 사용해서 고속 배기가스의 형태로 추력을 생성한다. 반면 터보팬 엔진에서는 낮은 속도의 차가운 바이패스 공기가 엔진에서 생성되는 추력 중 일부를 차지한다.

 

터보팬 엔진은 특히 낮은 속도 및 고도에서 제트 엔진의 추력을 증가시킨다(고도가 높아질수록 터보팬 엔진의 효율성이 떨어짐). 터보팬 엔진은 가속도를 높이고, 이륙 활주를 줄이며, 초기 상승 성능을 향상시키고, 종종 연료소모율을 감소시키는 효과를 가져온다.