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안녕 일게이들아

첫 정보글써보는데 손이 다 후들거리盧?

자 나는 항공우주공학게이고, 나로호 성공기념으로 글하나쓰기로했다.

공대출신답게 언어영역은 98점밖에 못맞아서 맞춤법은 ㅁㅈㅎ라도 이해하길 바랄게

또 하나하나 세세하게 설명하기에는 다소 무리가 있으니까 전체적인 틀 위주로 설명할꺼고..

어차피 봐도 알아듣는사람은 소수일꺼니까 모르겠으면 모르는대로 살어

시작할게

우선 제트엔진이 어떤건지 알아봐야겠지?

자 뭐 대충 이렇게 생겨먹은게 제트엔진이야

제트엔진이 다 이렇게 생긴 게 아니고, 제트엔진 중엔 이렇게 생긴게 있다는거야

위에 그림에서 제트엔진은 멀로 만드는지 잘 설명해놨지?

그런데 오늘의 focus는 Jet Engine이 어떤건지 알아보는거니 구성성분은 과감하게 잘라버리고,

(물론 중요하지 않다는건 절대 아니야)

자 위의 사진은 항공기용 가스터빈 엔진이야. 

이건 유용한 동력이 추력이라는 점에서 축동력을 이용하는 산업용 가스터빈 엔진이랑은 약간 다르지.

추력 모르는 일게이 있盧?

추력(thrust) = 공기를 후방으로 밀어내 앞쪽으로 이동하는 항공역학적 힘.

항공기용 가스터빈 엔진은 대량의 주위 공기를 흡입하고, 또 압축, 가열함으로써 공기에 에너지와 모멘텀을 주게되면

모멘텀(momentum) = 물체의 속도와 질량에 관계된 물리량이야 뭐 주로 운동량이라고들 배우게 되지

공기가 추진노즐을 지나면서 가속되어 분출될 때 반작용이 비행체에 작용해서 추력을 얻게되지.

축동력을 이용하는 산업용 가스터빈엔진이랑은 다른점이

항공용 가스터빈엔진은 압축기랑 연소기, 터빈외에도 비행속도에너지를 압력에너지로 바꾸기 위해서 공기 흡입구가 있어. 

또 분출되는 가스를 가속시키기 위한 추진노즐이 있지.

아마 보는 게이 열에 열한명은 잘 이해가 가지 않을꺼야

이해안가는 일게이를 위해 그림을 하나 준비해봤어

그림에서 제트노즐이라고 적인곳이 바로 위에서 말한 추진노즐이야

산업용 가스터빈엔진 사진은 구하려니까 구하기가 힘들다 미안.ㅠ

추진기관 중에 공기 흡입식 추진기관은 압축기랑 터빈이 필요한 가스터빈 엔진이랑, 압축기와 터빈대신

램압력을 이용하는 도관엔진 or 램제트 엔진으로 분류되지.

램압력(ram pressure) = 비행 중 공기흡입구에 공기가 밀려들어 올 때 공기의 압력.

가스터빈 엔진은 터보제트 엔진, 터보팬 엔진, 터보프롭 엔진, 터보축 엔진 같은 걸로 나뉘어.

터보제트 엔진이나 터보팬 엔진의  추력은 추진 노즐로부터 발생되는데, 터보프롭 엔진의 경우엔 약 90%의 추력은 프로펠러에서,

나머지 10%의 추력만 배기노즐에서 얻어져.

또 항공용 가스터빈 엔진의 또 다른 특징은 비행속도와 비행고도가 엔진 성능에 영향을 미친다는거야.

몰랐다는 표정이 눈에 아른거리盧?

저출력의 경항공기를 제외하고 항공기의 추진기관으로서 가스터빈 엔진이 빠르게 왕복엔진을 대처한 이유는 

중량당 추력이 아주 높기 때문이야.

 중량 당 추력(Weight per thrust) : 추력(항공기를 공기 안에서 움직이게 하는 힘) 당 움직일 수 있는 무게

같은 중량에 더 많이 추력이 발생하면 당연히 왕복엔진은 운지하지 않겠盧?

엔진의 연료효율이랑 비슷한 맥락이지

자 그럼인제 위에 그림에서 말한 제트엔진에 대해 알아보도록 하자

1) 터보제트엔진(Turbo Jet Engine)

터보제트 엔진이란 출력의 100%를 배기 즉 내뿜는 제트의 에너지로 추출하고, 거기서 생기는 반동을 이용해 직접 추진력을 얻는

형식의 엔진을 말해.

초음속에서 우수한 성능을 나타내서 아음속에서는 연료소비율이 운지고, 배기소음도 엄청커서 상업용 항공기나 폭격기같은 군용항공기에서 사용되었지

그러면 터보제트를 단 엔진은 아음속에서 어떻게 비행을 하냐고?

그거에 대한 답은 간단해. 초음속 항공기라도 상당한 부분이 아음속 상태의 비행으로 이루어지고 

또 비행이란 한가지 순항상태로만 이루어지는게 아니기때문이야.

뭐 예를 들면, 이륙시에는 터보팬으로 작동되고, 초음속인 운항조건에서는 터보제트처럼 작동할 수 있는 능력을 지닌 가변 사이클엔진을 사용하면 되는거야.

후 최대한 알아듣기 쉽게 글쓰고 있는것 같은데 공대게이들은 알다시피 이게참 맘먹은대로 안된다는걸 알꺼야 ㅠ

토하겟다 ㅅㅂ

자 다음,

2) 터보프롭 엔진(Turbo Prop Engine)

터보프롭 엔진은 여타 다른 가스터빈 엔진이랑 마찬가지로 작동하는데, 회전 날개가 달린 원뿔 모양의 축형 압축기가 공기가 연소지역에 도달할 때까지

점점 더 작아지는 관으로 공기를 흡입하는 역할을 하면서 연료분사기는 연료와 고압가스를 혼합하여 엔진 밖으로 배기가스를 내보내는 강력한 폭발을 발생시켜.

배기가스가 뿡~ 하면서 분출되는 순간, 구동 축을 돌리는 터빈이 회전하면서 그 후 회전 중인 구동  축은 기어상자를 회전시켜 차례로 비행기의 프로펠러에 동력

공급해 주지. 즉 한줄요약하면 

터빈의 단수(段數)를 증가시켜서 에너지의 대부분을 연소가스의 회전력으로 바꾸서 프로펠러를 돌리고 거기서 추진력을 얻는다는 소리야.

이 엔진은  800km/h 이하의 속도에서 가장 효율이 좋아.

그러니까 이륙과 착륙이 잦은 소형 항공기에 사용할 수밖에 없잖아?

얕은 꼼수로 터보프롭엔진으로 빠른 속도를 내기위해서 더 작고 더 많은 회전날개를 사용하고 있지만 거기엔 한계가 있을 수밖에 없지

3) 터보팬 엔진(Turbo Fan Engine)

터보제트 엔진이랑 터빈 뒷부분에 다시 터빈을 추가해서 이걸로 배기가스 속의 에너지를 흡수시켜서 그 에너지를 사용해서

압축기 앞부분에 증설한 팬을 구동시키고, 그 공기의 태반을 연소용으로 사용하지 않고, 엔진 뒤쪽으로 분출함으로써 추력을 더 증가시키도록

설계된 엔진을 말해. 이 엔진은 아음속에서 연료가 절약되고, 배기 소음도 큰 폭으로 감소되는 이점이 있지.

쉽게말해서,

터보제트엔진의 터빈 뒷부분에 터빈을 추가해서 추진력을 조금 더 증가시킬 수 있도록 설계된 엔진이야.

그림으로 보면 조금 더 잘 이해될거야.

터보팬 엔진을 굳이 구분하자면 터보제트엔진의 한 종류라고도 할 수 있지.

아님말고 ㅇㅇ

4) 램제트 엔진(Ramjet Engine)

램제트 엔진이란,  고속비행 중 발생하는 램압력에 의한 유입(일베에서 쓰는 유입이랑 같은말)공기압으로 공기를 압축하는 제트엔진을 말해.

램제트 엔진은 우리가 흔히 생각하는 터보팬, 터보제트 엔진과 달리 터빈이 없어

일반적인 엔진은 엔진 배기가스가 터빈을 돌려서 그 구동력으로 엔진 앞쪽의 압축기를 돌려서 공기를 빨아들이고, 공기를 압축하는 방식에 반해

그냥 압축기가 있어야 할 곳은 빈 공간이고, 여기에다 연료를 뿌려서 태워서 노즐로 내보내는 거야

근데 문제가 하나 생기는데

일단 압축기가 없으니 공기가 제대로 압축되지 안잖아?

디퓨저(diffuser, 뒤로갈 수록 점점 넓어지는 형태의 관)를 사용하면 본래 공기의 특성상 속도는 줄고 압력이 늘기는 하지만 이걸로는 부족해

또 느린속도에서는 역류의 위험이 매우 높아지게 되지. 즉 앞쪽도 뒤쪽도 뻥 뚫려있는 구조이다보니 연소되어 팽창한 배기가스가 뒤가 아니라

앞쪽으로 빠져나와 버릴수도 있지. 비단 램제트 엔진만의 문제가 아니라 터보제트도 잘못하면 이런 문제가 생기는데 압축기가 없는 램제트는 어떻겟盧?

근데 이 ㅄ같은 램제트 엔진을 왜쓰냐고?

초음속에서라면 이야기가 달라지기 때문이야.

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보충))))) 압력에 의하여 자동으로 앞쪽에 달린 셔터 비슷하게 생긴 마개가 막혀서 공기흡입구를 통한 역류를 방지한 엔진이 등장 하는데 

그게 바로 펄스제트엔진이야.

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터보제트에서는 비행속도 또는 전진속도가 영(零)이라도 공기를 흡입·압축할 수 있지만(압축기가 있으니까), 

비행기의 속도가 점점 빨라지면 램압력(고속의 공기가 물체에 부딪침으로써 높아지는 압력)이 높아지므로 

공기압축기는 차차 그 효율이 떨어져서 나중에는 단순히 저항을 만드는 것이 되고 말지.

이를 이용해서 공기흡입구의 설계를 잘 하면 제법 괜찮은 압축효율을 얻을 수 있어.

특히 일반적인 터보팬/터보제트 엔진은 마하 3 근처에 다다르면 압축기의 효율이 크게 떨어지게되. 그래서 이 속도 이상에서는 램제트 엔진이 더 효율적이지.

이 때문에 램제트 엔진은 널리 쓰이진 않지만 초음속 비행체에 한하여 종종 쓰이고 있어.

뭐 대표적인게 블랙버드로 많이 알고있는 SR-71 기종.

SR-71은 마하 2 근처까지는 터보제트 엔진으로 작동하다가, 그 이상이 되면 압축기쪽의 공기통로를 막고 공기가 

엔진 둘레를 흘러 바로 엔진 뒤쪽의 애프터버너로 넘어가 여기서 연소과정이 이뤄지는 램제트 엔진으로서 작동해

애프터버너가 램제트 엔진의 연소관이 되는 셈이지. 이를 터보램제트 엔진이라 부른고.

이 외에도 각종 미사일이나 초음속 무인항공기에 램제트 엔진을 사용해.

다만 SR-71의 터보램제트 방식이 아니라 순수 램제트 엔진은 앞서 언급한대로 저속에서는 거의 추력이 운지를 당하기에

스스로의 힘만으로는 도저히 속도 0에서 초음속까지 가속이 어렵지. 

그래서 보통 이런 램제트를 사용하는 비행체들은 별도의 로켓 부스터로 초음속까지 가속 한 다음 램제트 엔진을 작동시키는 방식을 사용해

근데 램제트 엔진도 마하 5 이상을 넘어가면 제 성능을 내기 어려워.

공기를 압축시키고, 연소과정이 원할하게 진행되도록 초음속의 공기를 빨아들여 아음속으로 속도를 늦추는 과정이 마하 5에서는 이뤄지기 어렵기 때문이야.

주변 속도가 너무 빨라서 이렇게 갑자기 아음속으로 속도를 늦추면 효율이 크게 덜어지거나, 내부 압력이 너무올라가 버리지.

그래서 아예 연소관 내부를 지나는 공기도 초음속으로 흐르도록 하자, 라고 하여 등장한 것이 밑에서 설명할 스크램제트 엔진이야

5) 스크램제트 엔진(SCRam Jet - Super sonic Coumbustion Ram Jet)

말은 쉽지만 초음속으로 흐르는 공기에 연료를 분사하여 불을 당긴다는 것이 그리 쉽지 않아. 

굳이 비유하자면... 盧짱이 초음속으로 낙하하는데 거기서 성냥을 꺼내서 담배에 불을 붙이는 정도랄까? 이해가 가盧?

이렇게 빠른 공기흐름에서는 공기속에 뿌려진 연료가 제대로 공기와 섞이지 않고 그냥

긴 띄 형태로 흘러버리기 쉽기 때문에 공기와 연료가 제대로 섞이도록 하는 것이 관건이야.

또한 길어봐야 1~2 m 이내인 연소관 내부에서 연소과정이 이뤄지도록 하는 것도 관건이지. 

1~2m면 음속(340m/s)가 넘는 공기흐름은 0.002~0.004초 이내에 관을 지나버린다는 이야기가 되지?

 이 연소관 내에서 빠르게 공기와 연료와 섞여서 불까지 당겨지게 하는 것이 설계의 관건이야.

내가 왜 아까 초음속 낙하에서 담배불 붙이는 드립쳣는지 알겟盧?

이 어려운 기술로 2000년대 들어서 NASA 에서 스크램제트비행을 성공하는데

이러코롬 생긴 물체야

x-43a 라는 기종인데 마하10을 돌파했고, 마하 15까지 비행가능하다고해. 쩌盧?

하

힘들다

토나와

몇시간동안쓴거지?

3줄요약

1. 항공우주공학

2. 존나

3. 어려움.