[항공 지식] 항공기 가스터빈엔진의 구조와 원리는 ? - 2nd

3장. 가스터빈엔진의 구조와 원리 2

이번에는 가스터빈엔진을 흡입 - 압축 - 연소 - 배기 중 압축기부에 대해 알아보려 합니다 !

**가스터빈엔진의 구조와 원리**

2. 압축기(Compressor)

압축기가 뭘까요 ??

압축기는 공기를 압축시키는 장치입니다. ...

잠시 동영상 하나 보고가겠습니다.

엔진은 압축기의 종류에 따라 2가지로 나뉩니다. 원심식 엔진과 축류식 엔진으로 말이죠. 원심식 엔진은 최초의 제트엔진이자, 혁신의 시작점이 되었던 엔진입니다.

http://blue5182.tistory.com/53 자세한 내용은...

현재 쓰이고 있는 대부분의 엔진은 축류식 엔진입니다.

축류압축기는 공기흐름과 압축이 압축기의 회전축과 평행하기 때문에 붙여진 이름입니다. 조금씩 압축되면서 뒤로 나가는 형식이죠.

압축기는 보통 저압압축기와 고압압축기 두 부분으로 나뉘어져 있습니다. 또한 이 두 압축기는 하나의 터빈이 아닌 서로 다른 터빈에 연결되어 있어 서로 다른 속도로 회전하도록 설계되어있습니다. 이를 '2중 스풀엔진'이라 합니다.

고압 압축기의 속도는 연료조절 조속기(governor)에 의해 거의 일정하게 유지됩니다. 콕핏의 출력 레버에 따라 조절되는게 바로 고압압축기입니다.

저압 압축기는 대기 변화나 비행 방향 조종으로 인한 항공기 입구 상태의 변화에 따라 속도가 빨라지기도, 느려지기도 합니다. 만약 저압 압축기와 고압 압축기가 하나의 터빈에 연결되어 있었다면 고압 압축기의 속도가 일정하게 유지될 수가 없죠.

그래서, 2중 스풀엔진은 저압 압축기 출구가 상황에 맞게 변해서 고압 압축기에 가장 양호한 흡입상태를 제공하도록 해줍니다

축류 압축기는 로터(회전깃)와 스테이터(고정깃)로 구성되어 있습니다.
로터와 스테이터가 한단을 이루고, 몇개의 단이 결합되어 완전한 압축기를 구성하죠.

로터는 여러 층의 원판 둘레에 많은 로터 깃이 장착되어 있고, 스테이터는 압축기의 외부케이스 역할을 하며 안쪽에 많은 스테이터 깃이 장착되어 있습니다.

공기는 압축기의 축방향을 흐르면서 로터 깃과 스테이터 깃에 의하여 압축되는 원리입니다.

 

로터깃 하나하나는 프로펠러 처럼 비틀림을 가지고 있습니다. 휘어졌단 소리죠.

로터가 회전하게 되면 깃의 뿌리 부분은 끝 부분보다 회전하는 길이가 짧습니다. 만약 로터 깃이 비틀리지 않고 네모 반듯한 형태였다면 공기는 압축기의 중심보다 바깥쪽에 더 많은 공기가 몰리게 되겠죠.

로터 깃은 뿌리쪽으로 갈수록 캠버(camber, 에어포일 각도. 자세한건 http://blue5182.tistory.com/74) 가 큽니다. 그래서 뿌리쪽은 비록 회전하는 길이는 짧지만 한번에 많은 공기를 밀어냅니다.

잘보면 압축기 로터 앞에 Inlet Guide Vane 이라는 것이 있습니다. 흡입구 안내익이라는 것인데 압축기로 빨려들어오는 공기의 각도를 조절하여 로터에 알맞게 전달해 주는 녀석입니다.

 

로터에는 안내익을 지난 공기와 로터 회전방향에 대해 작용하는 공기의 벡터 값이 작용됩니다. 그래서 이 합성벡터가 적당한 받음각을 제공하면 로터의 에어포일이 최소의 난류와 마찰을 만들게 됩니다.

이제.. 이 일들을 쭉~~ 진행해 갑니다. 보통 짧게는 4단, 길게는 20단 까지 있죠..

 

다음은 공기의 압축에 대해 알아봅시다.
로터와 스테이터는 입구가 좁고 출구가 넓은 확산형으로 되어 있습니다. 그러면 전에 말했듯이 공기의 속도는 줄어들고 압력은 높아지겠죠 ?

또, 로터 깃 하나하나는 에어포일이라 했습니다. 그러면 당연히. 양력이 발생하겠죠 ?
그래서 로터 깃과 스테이터는 서로 뒤집힌 상태(거꾸로 배열된)로 나열됩니다.
그림 참조.

 

밑의 그림을 보면 정리가 되실겁니다. 공기는 압축되는 과정에서 속력의 변화가 없고 압력은 높아지게 됩니다.

 

지금까지 가스터빈엔진의 압축기부에 대해 알아보았습니다. 읽어주셔서 감사합니다 ^^

다음에는 4장. 연소부, 5장. 터빈부와 배기부, 6장. 가스터빈엔진의 출력 구하기에 대해 알아보도록 하겠습니다. ^^ !!