연소공학 가스터빈, 제트엔진,

목차

<가스터빈의 기본 작동원리>

<가스터빈의 분류>

<가스터빈 연소기>

<가스터빈의 NOx 저감>

<제트엔진의 기본구성>

<제트엔진의 종류>

< 제트 연소실 >

본문내용

하고 이 압축공기를 연소실로 끌어들여 연료를 분사하여 연소시키고, 고온 고압의 연소가스를 압축기 구동용 터빈에 분출시켜 터빈을 구동한다. 즉, 터빈을 통과한 가스를 제트노즐을 통해서 분출시켜 추력을 얻는 원동기이다.
이 기관에서는 터빈 재료의 내열성 면에서 연소가스 온도가 너무 높지 않도록 하기 위해 다량의 공기를 받아들이고 있어서 연소가스 중에는 다량의 산소가 남아 있으므로 그림과 같이 긴 꼬리 파이프를 설치하며, 이 속에 2차 연료를 분사하여 재연소 시켜 추력을 증가시키는 것도 있다. 이 제트엔진은 대부분 항공기에 사용되는데, 음속의 0.7～2.5배의 군용기와 고속여객기에도 사용하고 있다.
⑵ 터보프롭(turboprop) : 구조적으로 터보제트에 프로펠러를 장착한 기관이며, 터보제트와 비슷하지만 연소가스 에너지의 대부분을 프로펠러의 구동력으로 바꿔 프로펠러에 의한 추력과 제트추력의 두 가지를 함께 사용하고 있다. 성능은 프로펠러기와 터보제트기의 중간이며, 그다지 고속비행을 필요로 하지 않는 중형 여객기나 수송기 등의 엔진으로 적합하다. 또 터보프롭의 프로펠러 대신에 축류압축기를 갖추고, 이것에 의해 압축된 공기의 일부를 연소실의 바깥둘레를 통해서 연소가스와 함께 분출시키는 바이패스제트(bypass jet)도 있다. 이것은 터보프롭의 결점인 감속기어가 필요하지 않고, 압축한 공기를 압축기에 보내므로 연료소비가 아주 적으며 비교적 고속의 수송기에 적합하다.
⑶ 램제트(ram jet) : 비행속도가 빨라지면 기관에 흘러들어가는 공기는 공기 자체의 관성에 의해서 압축된다. 이것을 램 효과라 하며, 이 램 효과를 이용한 압축공기를 연소실로 유도하여 연료를 분사한다. 여기에서 발생한 연소가스를 제트노즐에서 분출시켜, 그 반동력을 추력으로 사용한다. 실제로는 확산실(diffuser)이 설치되어 있으며, 여기에서 유입공기의 속도가 내려가서 그 결과 압력이 상승하여 압력이 높은 압축공기가 생기기 쉬운 구조로 되어 있다. 이 기관은 구조가 간단하고 고속일수록 성능이 좋아지기 때문에 현재 개발되고 있는 음속의 2～4배인 초음속여객기(SST)의 원동기로서 적합하다.
그러나 시동시에는 외부로부터 고속의 공기를 보내야 하므로 저속에서는 터보제트로 작용하고, 고속에 도달하면 비로소 램제트로서 작동하는 터보램제트라는 복합엔진이 고안되고 있다.
⑷ 펄스제트(pulse jet) : 공기흡입구 앞 끝에 자동개폐 밸브가 있어 비행속도로 유입되는 공기는 이 밸브를 밀어서 열게 하며, 확산실로 들어가면 속도는 낮아져 압력이 상승하게 된다. 이것에 연료를 분사하여 연소시키는데 연소에 의해 다시 압력이 상승하게 되면 자동개폐 밸브가 닫혀지므로, 연소가스는 제트노즐에서 분출하여 추력이 생긴다. 연소가스가 분출하게 되면 연소실의 압력이 낮아져 다시 공기가 자동개폐 밸브를 통해서 연소실에 흘러들어간다.
이와 같이 펄스제트의 연소는 다른 제트엔진의 연소가 일정한 압력 아래에서의 연속적인 연소인 데 반하여 간헐적으로 이루어지는 것이 특징이다.
이 기관의 구조는 간단하지만 연료소비량이 크며 기관의 수명도 짧기 때문에, 현재에는 표적기와 같은 특수한 목적에만 사용되고 있다. 제2차 세계대전 중 독일군이 사용한 로켓 폭탄 Ⅴ1호는 이 기관을 사용한 것이다.
< 제트 연소실 >
연소실은 압축기를 통해 들어온 고압의 공기에 연료를 분사하여 연료의 화학적 에너지를 열에너지로 시키는 곳으로 압축기와 터빈사이에 자리한다. 연소실은 다양한 공기비, 비행고도, 비행속도 등에서 원활히 작동해야하며 되도록 작고 경량이어야 한다.
- 연소실 형태의 종류 -
(1) 캔타입
☞ 캔 타입이 가장오래 된 형태로 캠 형태의 연소실의 여러개가 엔진에 삥 둘러져 있다. 각각의 캔타입 연소실 내부로 압축기에 의해 압축된 공기가 나눠져 들어가는데 공간 활용이 나쁘고 전체 길이가 길어진다는 단점이 있다.
(2) 캔-애눌러타입
☞ 캔-애눌러 타입은 애눌러 타입과 중간 정도 되는 형태. 압축기를 거친 공기의 대부분은 캔 타입과 마찬가지로 각각의 캔 형태의 연소실로 들어가지만 일부 공기는 그 외부의 고리 형태로 전체가 묶여져 있는 케이스 내부를 흐름으로써 냉각을 돕는다.
(3) 애눌러 타입
☞ 애눌러 타입은 캔처럼 연소실이 여러 개의 구역으로 나뉜 것이 아니라 이름 그대로 고리 형태로 하나의 연소실을 이룬다. 공간 활용도가 제일 높다. 대부분의 압축된 공기는 연소실 내부로 유입되어 연소과정을 거치지만 일부공기는 외부로 흘러서 냉각을 돕는다.

키워드

제트 엔진,   가스 터빈,   NOx,   연소,   제트 엔진의 종류