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제트엔진(jet engine)

작성일 2010-08-23

기관 내부에서 가압된 유체를 제트 노즐에서 분류(jet)로 분출할 때의 반동으로 추진력을 얻는 기관. 일반적으로 공기를 흡입해 연료를 연소시켜 고온가스를 만드는 열기관을 말한다.

따라서 제트엔진은 대기권 안에서만 사용할 수 있다.

〔구조〕 공기흡입구·압축기·연소기·터빈·제트노즐·애프터버너·연료공급장치로 구성된다.

공기 흡입구는 공기의 유속(流速)을 더디게 하고 압력을 높여 압축기에 유도하는 곳이다.

압축기는 축류형(軸流型)과 원심형이 있으며, 흡입된 공기를 디젤엔진과 같은 정도까지 압축하기 위해 많은 단계를 거쳐 압축한다.

연소기는 흔히 8~9개의 관형(管形)을 사용하고 도넛 모양의 연소실도 사용된다.

연료는 연소실의 상류(上流 ; 1차 연소실)에 분사·연소된다.

그후 2차 공기를 넣어 연소 가스 온도를 낮게 해 터빈에 유도한다.

터빈은 압축기를 구동하기 위한 것으로, 축류형과 원심형의 2종이 있는데, 압축기보다 단수는 적다.

제트노즐은 제트를 비행속도에 가장 알맞게 제어하는 부분이며, 가변면적의 노즐이 많이 사용된다.

제트엔진에서는 제트노즐로부터 방출된 분류가 그 고도의 대기압과 동등해야 이상적이며, 분류가 대기압이 되도록 면적을 조절한다.

애프터버너는 터빈 통과 후의 연료가스에 연료를 첨가해 다시 고온으로 올리는 장치로서, 대추력(大推力)을 단시간 동안 필요로 할 때 사용된다.

〔분류〕 제트엔진은 다음의 6종류로 분류된다.

① 터보제트엔진(turbo-jet engine) : 흡입된 공기를 압축기로 압축하고 연료실에서 연료를 분사·연소시켜 터빈을 구동한 후 제트노즐을 통해 분류로서 분출한다.

애프터버너를 가진 것이 많다.

제트엔진의 주력이었으나, 대형 비행기용으로는 연료 소비량이 적은 대추력 엔진의 요구가 높아짐에 따라 중형·소형으로 한정되어 있다.

② 터보프롭엔진(turbo-prop engine) : 터보제트에 프로펠러 구동용 터빈을 달고 추력의 대부분을 프로펠러로 얻으므로 차라리 가스 터빈의 일종으로 볼 수 있다.

대출력 왕복기관(往復機關)으로는 무거워지므로 대형·중형의 프로펠러 비행기에 많이 사용된다.

③ 터보팬제트엔진(turbo-fan-jet engine) : 터보제트 압축기의 앞이나 터빈의 뒤에 덕트팬(ducted fan)을 달고 흡입 된 공기의 일부분을 터보제트에 넣어 터보제트의 출구에서 나머지 공기를 혼합하거나 그대로 터보제트의 노즐과는 별도로 분출하는 엔진이다.

팬 구동 때문에 터빈을 통과한 가스 온도가 저하되어 제트노즐 출구에서 대기온도에 가까워져 효율이 오르고 팬에 의해 큰 추력이 얻어지므로 전체의 열효율이 높아진다.

대추력·저연료(低燃料) 소비량의 특성 때문에 제트엔진의 주력이 되고 있다.

④ 램제트엔진(ram-jet engine) : 비행속도가 고속이 되면 기관 내부에서 유속을 더디게 하기만 해도 압력과 온도가 충분히 상승하고, 압축기가 없어도 연료를 연소시킬 수 있는 온도가 된다.

램제트는 이 원리를 이용한다.

압축기와 터빈이 불필요하며 초음속기에 적합한 엔진이다.

⑤ 펄스제트엔진 (pulse-jet engine) : 앞가장자리에 자동 밸브가 있어 엔진 내부의 압력이 저하되면 공기를 흡입한다.

연소시키면 분류가 제트노즐에서 분출해 엔진 내부의 압력이 낮아진다.

밖에서 공기가 자동 밸브를 통해 흡입되어 유속이 느려지면 압력과 온도가 상승한다.

연료를 분사하면 더욱 압력이 상승해 자동 밸브가 닫혀지고 분류가 제트노즐에서 분출된다. 추력이 작아 일반적으로는 사용되지 않는다.

⑥ 리프트엔진 (lift engine) : 수직이착륙기(VTOL), 단거리이착륙기(STOL)용이며, 이륙할 때 일시적으로 수직방향의 추진력을 얻기 위한 제트엔진이다.

〔연료〕 제트엔진에 사용되는 연료는 증발손실이 적고 발열량이 커야 한다.

현재는 등유에 휘발유를 혼합한 JP-4가 표준적으로 사용된다.

앞으로는 수소가 연료로 사용되리라는 예상에서 수소연료의 저장·운반 방법이 연구되고 있다.


 

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