항공기의 구조

-항공기의 심장, 제트 엔진-

1. 제트 엔진이란?

 - 제트 엔진은 엔진 내부에서 연소시킨 고온의 가스를 분출함으로써 뉴턴의 세 번째 운동 법칙인 작용-반작용 원리에 의해 추력을 얻는 기관. 제트 엔진은 넓은 의미로써 터보제트, 터보팬, 스크램제트, 등을 포함하며 좁은 의미로는 가스 터빈 엔진, 즉 터보젯만을 의미함. 제트 엔진은 가스 터빈과 동일한 의미로도 쓰이는데 이는 제트 엔진 대부분이 가스 터빈 엔진으로 만들어지기 때문.

2. 제트 엔진의 역사

- 피스톤 엔진과 프로펠러에 의한 추진이 한계를 보여 20세기에 들어서면서 제트 엔진의 개발이 두드러짐. 초기의 제트 엔진 기관은 지금과는 다르게 압축공기를 피스톤 엔진으로 압축하여 연료와 함께 연소시켜 추력을 얻는 방식으로 개발. 압축기를 엔진 자체의 동력으로 구동하면서 제트엔진이 실질적으로 사용. 압축기가 너무 커 엔진 단면이 커져버려 효율이 좋지 못해 원심력으로 공기를 압축하는 대신 마치 터빈을 거꾸로 설치하듯 팬을 다단으로 설치하여 공기를 압축하여 효율성을 높여 현재까지 사용됨.

3. 제트 엔진의 구성

1) 공기 유입구(Air Intake) - 제트 엔진으로 공기가 유입되는 통로. 아음속 비행의 경우 공기 흡입구 형상이 크게 문제되지 않기 때문에 공기 저항을 줄일 수 있으면 되지만 초음속으로 비행할 경우 압축기로 유입되는 공기는 음속이하여야 하기 때문에 공기 흡입구 설계에 유의함. 초음속으로 인한 충격파에 대응하기 위해 콘(cone)이나 램프(ramp)를 설치함.

2) 압축기(Compressor) - 팬을 일렬로 배열하여 공기가 팬을 지나면서 점차 유입된 공기를 압축함. 구동력은 터빈에서 샤프트로 연결하여 얻음.

3) 연소실(Combustor or Combustion Chamber) - 압축기에서 유입된 공기가 연료와 섞여 연소하는 곳. 이때의 팽창력으로 터빈을 돌리고 배기구를 통해 고속의 제트 기류를 분출하여 추력을 얻음.

4)터빈(Turbine) - 연소하는 공기의 팽창력을 이용하여 터빈을 회전시켜 동력을 얻음. 이 동력으로 압축기를 돌리고 경우에 따라서는 외부와 연결해 동력을 전달함.

5) 샤프트(Shaft) - 터빈에서 얻은 동력을 압축기에 전달함.

6) 후연기(Afterburner) - 주로 전투기에 추가로 추력을 얻기 위해 사용됨. 연소되고 터빈을 빠져나온 팽창 가스는 여전히 높은 온도를 갖고 있어 여기에 연료를 분사하면 추가 설비 없이 연소시켜 추력을 추가로 얻을 수 있음. 하지만 이 방법은 효율이 나빠 이륙할 때나 고기동을 요구할 때에만 사용됨.

7) 배기구(Exhaust or Nozzle) - 연소된 공기가 팽창하면서 배기구를 통하여 고속의 제트 기류를 내뿜고 추력을 얻음.

2) 터보프롭(터보샤프트) 엔진, 램제트

0 터보프롭(터보샤프트) 특징 - 제트 엔진은 아니다- 프로펠러를 구동하기 위해 가스터빈 엔진이 사용됨. 저출력을 필요로 하는 경비행기에 주로 이용됨.

0 장∙단점 - 저속에서 효율이 매우 높지만(시속 500 – 700km), 속도에 한계가 있고 가스 터빈 사용으로 소음이 많으며 구동계가 복잡함.

0 램제트 특징 - 공기압축기를 사용하지 않고, 기압을 이용하는 엔진. 유도 미사일에 주로 사용됨.

0  장∙단점 - 초음속에선 아주 안정적으로 작동하고, 가볍지만 어느 일정한 속도에 도달해야 잘 작동하고, 낮은 속도에선 작동이 불안정함.