주로 항공기에서 사용되는 엔진으로, 뉴턴의 제 3법칙인 작용 반작용을 통해 항공기가 앞으로 나아갈 수 있도록 한다. 위 사진처럼 jet engine에서 나오는 빠른 속도의 jet에 의한 reaction force가 항공기가 앞으로 움직이게 한다.
따라서 jet engine은 결국 빠른 속도의 jet를 만들어내는 것이 중요하다. (Thrust force가 jet의 속도에 비례하므로)
빠른 속도의 jet를 만들어내기 위해서는 들어오는 차가운 공기의 온도를 높여서 뜨겁게 만들어야한다. 온도가 높아진 공기는 크게 팽창하면서 빠른 속도의 jet를 만들어낸다.
이를 위해서 위 사진과 같이 combustion chamber가 사용된다. atomized 된 연료가 combustion chamber에서 연소되면서 들어오는 차가운 공기를 뜨겁게 만드는 것이다.
효율적인 combustion chamber를 위해서는 들어오는 공기가 고온 고압이어야 하는데, 이를 위해서 combustion chamber 앞에 compressor가 사용된다.
Compressor의 rotating blade가 공기에 에너지를 더해줘서 위 사진처럼 cumbustion에 적절한 상태로 만들어준다.
한편, compressor의 rotating blade는 그 회전 에너지를 cumbustion chamber 뒤에 위치하는 turbine을 통해서 얻는다. cumbustion chamber에서 나온 뜨거운 공기가 지나가면서 터빈을 돌리고, 같은 shaft에 연결되어 있는 compressor의 블레이드를 회전시킨다.
터빈이 cumbustion chamber에서 나오는 뜨거운 공기의 에너지를 흡수하면서 압력은 떨어지게 된다.
이러한 일련의 과정을 통해서 매우 뜨겁고 빠른 속도의 공기가 엔진에서 배출되게 된다.
현대의 항공기들은 위 사진과 같은 2 spool engine이라는 더욱 발전된 형태를 사용한다. 이 형태에서는 추가적인 압축기와 터빈이 사용되는데, 이 압축기와 터빈은 기존의 압축기와 터빈의 중심을 지나서 연결되어 있다.
바깥의 터빈은 low energy fluid를 만나면서 안쪽의 터빈보다 느린 속도로 회전한다. 이를 통해서 centrifugal stress를 줄여서 블레이드를 더욱 오래 쓸 수 있도록 한다.
지금까지 살펴 본 엔진은 turbo jet engine이라고 부르는데, 이는 매우 큰 소음을 발생한다는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 위 사진처럼 low pressure spool 을 갖는 큰 fan을 compressor 앞에 위치시켰다. 이러한 엔진을 turbo fan engine이라고 부르는데, 현재 대부분의 항공사에서 이러한 형태를 사용한다.
Turbo fan enigne은 위 사진처럼 많은 양의 공기를 우회해서 지나가도록 한다. 우회된 공기는 좁아지는 duct를 통해서 배출되면서 충분히 빠른 속도가 될 수 있다.
Jet engine에서 발생하는 소음은 배출되는 공기의 속도에 크게 영향을 받는데, turbo fan engine에서는 bypassed 된 차가운 공기가 cumbustion chamber에서 배출되는 뜨거운 공기와 섞이면서 outlet velocity를 제한할 수 있다. 따라서 소음 문제를 해결 할 수 있는 것이다.
'공부 > 기계 작동 원리' 카테고리의 다른 글
| Ramjet Engine (램제트 엔진) (0) | 2025.04.28 |
|---|---|
| Stepper Motor (스테퍼모터) (0) | 2025.04.28 |
| Helicopter (헬리콥터) (0) | 2025.04.28 |
| Helicopter Engine (Turboshaft) (0) | 2025.04.28 |
| Escalator (에스컬레이터) (0) | 2025.04.28 |
