가스터빈 팬의 구조 원리

가스터빈이든 제트엔진이든, 앞쪽에는 압축기가 있고 뒤쪽에는 터빈이 있습니다.

둘 사이에는 연소실이 있어서 압축된 공기를 고온,고압으로 만들어주구요.

​

가스터빈은 축동력을 얻는게 목적이므로 터빈을 최대한 크게 만들어서 터빈을 떠나는 배출가스가 갖는 에너지를 최소화할 수록 좋습니다. 주로 화력발전소등의 목적에 사용되고 터빈축동력으로 발전기를 돌려서 전기를 생산합니다. 이 때 터빈이 생산하는 일의 상당량은 앞쪽의 압축기를 구동하는데 쓰이구요. 터빈이 생산하는 일 중 압축기가 소비하는 일의 비율을 역일비(back work ratio)라고 하며 가스터빈의 경우는 거의 절반정도가 해당합니다. 그리고 나머지가 발전기를 돌리는 것이지요.

​

제트엔진은 항공기의 엔진으로 사용됩니다.

중요부 구조는 같아 압축기-연소실-터빈으로 이루어지나 압축기 입구에 확대기, 터빈출구에는 축소기(노즐)이 있습니다.(확대기-압축기-연소실-터빈-노즐) 터빈이 작아서 압축기를 구동하는 정도의 일만 생산하구요, 터빈을 통과한 후에도 꽤 높은 온도,압력을 갖고 있어 이를 노즐로 고속으로 분출함으로써 그 반력으로 추력을 얻습니다.(압축기,터빈 등 구동부가 없는 램젯,스크램젯등도 있으나 주로 항공기보다 미사일 등에 적절한 기술입니다.)

​

터보팬 엔진은 민항기 등에 쓰이는 커다란 엔진입니다. 터보젯은 전투기등에서 주로 사용되는 엔진이구요.

터보팬은 흡입한 공기의 대부분이 압축시-연소실-터빈쪽으로 흐르는 것이 아니라 그 외곽으로 흘러서 터빈에서 나오는 연소가스와 합류해서 노즐로 분사됩니다.

​

운동에너지는 "0.5*질량*속도의 제곱"이고, 분출시의 반력(추력)은 "질량*속도"이므로 분출 속도를 높게 하는 것보다는 분출유량을 크게 하면 같은 에너지(연료)로 더 큰 추력을 만들 수 있기 때문에 터보팬 엔진은 연료효율이 높습니다. 따라서 급기동이 필요하고 필요시 초음속비행이 필요한 전투기와 초음속 비행이 불요하고 연료효율이 더 중요한 민항기는 서로 다른 엔진을 사용하는 것입니다.

​

팬이 많은 것은 더 효율적으로 압축하고 일을 생산하기 위한 것입니다.

로터쪽에도 블레이드가 많고 케이싱쪽에도 많아 공기가 순차적으로 흐르면서 압력이 증가하고(압축기), 순차적으로 터빈을 회전시킵니다. 특히 터빈은 연소실에서 가열된 고온의 연소가스와 닿기 때문에 고온에서도 안정적으로 작동해야 하므로 특히 기술적 난이도가 높습니다. 특히 연소가스의 온도가 높을 수록 엔진의 효율이 높아지기 때문에 미국 등 몇몇나라만이 상용가능한 항공기엔진기술을 갖고 있습니다. 항공기술의 핵심은 고온에서 성능을 유지하고 변형되거나 파손되지 않는 블레이드의 소재, 냉각 및 형상설계 등의 기술을 말합니다.