(3) Turboprop Engines

Turboprop Engines

 

터보제트 엔진은 최대 속도, 그리고 고도 성능에 대해 왕복 엔진을 능가한다. 허나 터보제트 엔진은 전반적인 성능에 비해 이륙 및 초기 상승 성능이 제한적이다. 이륙 및 초기 상승 성능에 대해 constant speed propeller를 갖춘 왕복 엔진은 최대 추력을 생성한다. 터보제트 엔진은 고속, 그리고 고고도에서 가장 효율적이다. 반면 프로펠러는 저속, 그리고 중속(400mph 미만)에서 가장 효율적이다. 프로펠러는 또한 이륙 및 상승 성능을 향상시킨다. 터보제트 엔진과 프로펠러 왕복 엔진의 좋은 특성을 결합하기 위해 터보프로펠러 엔진의 개발이 이루어졌다.

 

터보프로펠러 엔진은 다른 유형의 엔진에 비해 몇 가지 이점을 제공한다:

 

1. 가벼운 무게

 

2. 기계적으로 신뢰할 수 있음(이는 움직이는 부품이 상대적으로 적기 때문)

 

3. 작동의 단순함

 

4. 최소의 진동

 

5. 단위 무게 당 출력이 높음

 

6. 이착륙을 위해 프로펠러 사용

 

터보프로펠러 엔진은 250 ~ 400 mph의 속도에서, 그리고 18,000 ~ 30,000ft의 고도에서 가장 효율적이다. 터보프로펠러 엔진은 저속(이착륙)에서도 우수한 성능을 발휘하며 연료 효율적이다. 터보프로펠러 엔진의 최소 비 연료 소모율은 일반적으로 25,000ft에서 대류권계면 사이의 고도에서 사용할 수 있다.

 

피스톤 엔진의 출력은 마력으로 측정된다. 이는 주로 rpm과 manifold pressure에 의해 결정된다. 그러나 터보프롭 엔진의 출력은 축마력(shp – shaft horsepower)로 측정된다. shaft horsepower는 rpm, 그리고 프로펠러축에 가해지는 토크(twisting moment)에 의해 결정된다. 터보프로펠러 엔진은 가스 터빈 엔진이기 때문에 일부 추력이 제트 배기가스에 의해 생성된다. 이러한 추력은 축마력에 추가되어 총 엔진 출력, 혹은 eshp(equivalent shaft horsepower)를 결정한다. 제트 추력은 일반적으로 총 엔진 출력의 10% 미만을 차지한다.

 

터보프로펠러 엔진은 터보제트 엔진보다 더 복잡하고 무겁다. 허나 아음속에서는 더 많은 추력을 제공한다. 그러나 속도가 증가함에 따라 장점이 감소한다. 정상 순항 속도 범위에서 터보프로펠러의 추진 효율(출력을 입력으로 나눈 값)은 속도가 증가함에 따라 감소한다.

 

일반적인 터보프로펠러 엔진의 프로펠러는 전체 추력의 약 90%를 차지한다(단, 표준 대기에서 해수면 조건일 때). 터보프로펠러 엔진의 훌륭한 이륙 및 상승 성능은 프로펠러가 많은 공기를 가속하는 동안 비행기가 상대적으로 낮은 속도로 이동하는 능력으로 인해 발생한다. 그러나 “turboprop”을 “turbo supercharged”, 혹은 유사한 용어와 혼동해서는 안 된다. 모든 터빈 엔진의 maximum available power는 고도 증가에 따라 직접적으로 감소한다는 점에서 자연 흡기 왕복 엔진과 유사하다.

 

비행기가 높은 고도로 올라갈수록 출력은 감소한다. 허나 비 연료 소모율(시간 당 마력에 소모되는 연료로 표현됨)의 측면에서는 엔진 효율이 증가한다. 높은 고도에서의 비 연료 소모율 감소, 그리고 진대기속도 증가는 터보프로펠러 엔진의 확실한 장점이다.

 

모든 터빈 엔진은 온도, 회전 속도, 그리고 토크(터보프로펠러의 경우)에 대한 한계 내에서 작동되어야 한다. 장치에 따라 출력 설정을 위한 주요 매개변수가 온도, 토크, 연료 흐름, 혹은 rpm(propeller rpm이거나, compressor rpm이거나, 혹은 둘 다)일 수 있다. 추운 날씨에서는 온도 한계는 초과되지 않는 반면 토크 한계가 초과될 수 있다. 더운 날씨에서는 토크 한계가 초과되지 않는 반면 온도 한계가 초과될 수 있다. 일반적으로 조종사가 throttle을 full forward position으로 움직이기 전에 이러한 운영 한계들 중 하나에 도달한다. 조종사는 터빈 엔진의 한계를 알고 이를 준수해야 한다. 과열, 혹은 over torque가 몇 초 이상 지속될 경우 내부 엔진 구성 요소가 손상될 수 있다.