(3) Jet Engine Basics

Jet Engine Basics

 

제트엔진은 기본적인 작동 주기(흡입, 압축, 연소, 폭발, 그리고 배기)를 가지는 가스 터빈이다. 공기는 intake를 통과하여 압축기(compressor)로 진입한다. 압축기는 일련의 fan blades(혹은 “stages”)로 구성된다. 엔진의 전면에서 보이는 첫 번째 stage는 직경이 가장 크며 블레이드가 가장 크다. 이후의 stage들은 각각 더 작은 직경을, 그리고 더 얇은 블레이드(pitch가 증가하는)를 가진다. 각 stage의 압축은 공기의 온도 및 압력을 상승시킨다. 고압의 뜨거운 공기가 연소실로 진입한다. 연소실에서는 연료가 첨가된다. 엔진 시동 도중 igniters가 연료-공기 혼합물에 불을 붙이며 그 이후에는 불이 자체적으로 유지된다. 급속하게 팽창하는 공기는 터빈을 통과한다. 터빈은 압축기와 마찬가지로 일련의 fan blade stages로 구성된다. 터빈은 공기흐름으로부터 에너지의 일부를 추출한다. 이는 압축기를 구동하는 축을 회전시키기 위함이다. 남은 에너지는 tail pipe의 노즐에서 급격한 공기 팽창을 일으키고, 가스를 고속으로 가속시키며, 추력을 생산한다. [그림 16-1]

 

터보팬 엔진의 첫 번째 stage는 ducted fan으로 이는 engine core 주위의 공기 일부를 우회시킨다. 이러한 차가운 bypass air는 추력의 일부를 생산한다. 연소를 위해 압축된 공기에 대한 bypass air의 양이 터보팬의 bypass ratio를 결정한다. 터보팬 엔진에서 압축기와 터빈은 하위 섹션으로 나뉜다. 터빈의 각 하위 섹션은 split-spool shaft를 통해 압축기의 특정 하위 섹션과 연결된다. [그림 16-2]

gas generator를 위해 엔진으로 유입되는 공기는 더욱 압축되어 core의 공기흐름을 구성한다. 터보제트 엔진은 gas generator의 출력 전체를 사용하여 고속 배기가스 형태의 추력을 생성한다. 반면 터보팬은 낮은 속도의 차가운 bypass air를 통해 추력의 일부를 생성한다.

 

터보팬 엔진은 특히 낮은 속도 및 고도에서 제트 엔진의 추력을 증가시킨다. 터보팬 엔진은 높은 고도에서는 효율성이 떨어진다. 허나 이는 가속을 높이고, takeoff roll을 줄이며, 초기 상승 성능을 향상시키고, 종종 연료소모율을 감소시키는 효과를 가진다.