항공기 터빈 엔진 종류 및 특성, 항공기 연료 급유 방식

 

안녕하세요. EnerTravel입니다. 

오늘의 EnergyTok 주제는 '항공기 터빈 엔진 종류 및 특성, 항공기 연료 급유 방식'입니다.

먼저 항공기 엔진의 연료인 항공유는 어디에서/어떻게 주입되는지 알아보겠습니다~

 

비행기 연료 주입은 어디에?

 

 

항공유는 급유조업사들의 유조차량으로 비행기의 날개에 주입하여 기체에 보관/저장되며, 연료를 사용할 때 좌우 날개의 연료를 동일하게 사용/소비하여야만 무게 대칭을 맞출 수 있습니다. 즉 항공유가 단순히 연료로서만 사용되는 것이 아니라 비행중인 항공기의 무게 중심을 잡는 역할도 담당 하는 것입니다.

 

항공유 생산공정 및 주요 품질 규격 및 성능 평가에 대해 궁금하신 분들은 아래 이전 발행글 링크를 참조 부탁드립니다~

 

2023.04.22 - [EnergyTok/정유·화학] - 항공유(Aviation Fuel, JET A-1) 생산 공정

항공유(Aviation Fuel, JET A-1) 생산 공정

 

2023.04.22 - [EnergyTok/정유·화학] - 항공유(JET A-1) 품질 항목 성능 평가 방법(JFTOT, ASTM)

항공유(JET A-1) 품질 항목 성능 평가 방법(JFTOT, ASTM)

 

항공기 급유 조업 안전 체크 포인트(Aviation Fuel Safety)

 

- Jet fuel은 폭발 및 화재를 유발할 수 있는 인화성 물질이며 사람에게 노출될 경우, 독성을 유발할 수 있음

- Flammable Range (Vapor 기준)

: Kerosene type : 0.6~4.7 vol.% in air

: Wide-cut type : 1.3~8.0 vol.% in air

- Flash Point와 Electrical (Electrostatic lgnition 방지)를 기준으로 관리됨

-시험방법

: Flash Point (ASTM D 2276) 점화원이 있는 경우 발화하는 가장 낮은  온도

: Electrical Conductivity (ASTM D 381)

 

Aviation Turbine Engine

 

1) 개요

- 엔진 내부에서 연소시킨 가스상태의 유체를 노즐에서 분출시켜, 그 반동력을 추진력으로 사용함

(Newton의 제3법칙 : 작용/반작용의 법칙)

- 연소에 필요한 산소를 외부 대기에서 직접 공급받음 (로켓은 산화제를 내부에 별도로 장착함)

 

2) 구성

- 압축기 (Compression Section)

→ 외부공기를 유입 및 압축하여 연소실로 전달함

→ 원심식 (Centrifugal type)과 축류형 방식 (Axial type)이 있음

→ 보통 2~3 set의 압축기를 직렬로 연결하여 공기를 30~35 atm의 압력과 550~625℃ 온도를 가진 상태로 만듬

 

3) 연소실 (Combustion Section)

- 연료가 노즐을 통해서 압축된 공기 속으로 주입되어 기화되면서 연소함. 고온의 연소가스는 Turbine으로 전달

- Can type, Can- Annular type, Annular type이 있음

 

4) Turbine section 

- 고온 고압의 연소가스를 노즐을 통해서 외부로 방출하면서 비행기의 추력 (Thrust)을 발생시키며 압축기를 회전

- 압축기와 터빈은 서로 연결되어 조합을 이루므로 압축기가 여러 개 있는 경우 터빈도 같은 수가 있음 (High Pressure Compressor와 연결됨)

- Stator Vane과 Rotor Blade로 구성됨

 

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Aviation Turbine Engine  종류 및 특성

 

Type	내용 밎 특성	용도
Turbojet	- 엔진 배기 노줄을 터빈의 하류에 부착하여 제트 추력만을 동력으로 사용함 - 제트엔진 개발의 초기단계에 주로 제작됨	- 고속비행에서 효율이 좋으나 저속애서는 효율이 낮으므로 고속으로 비행하는 전투기에서 사용됨
Turbofan (Bypass)	- Turboprop과 Turbojet엔진의 중간 특성을 보임 - 터빈이 직접 Fan을 회전시키고 나머지 가스에너지는 노즐을 통해 분사시켜서 추력으로 활용합. Fan이 회전하면서 저온저압이지반 다량의 공기흐름이 발생시켜 일부는 압축기로 공급되고 나머지는 Bypass되면서 추력을 일으킴	- 추진효율이 높고 소음이 적으므로 대부분의 민간 항공기가 High Bypass Ratio를 가지는 엔진을 사용함 - 군용 전투기의 경우, Low Bypass Ratio를 가지는 엔진을 사용하여 고속비행시의 효율을 높임
Turboprop	- 터빈이 감속기어를 사용해서 직접 Propeller를 회전시키고 나머지 에너지는 노줄을 통해 분사시켜서 추력이 비교적 큼 - 엔진의 소음과 진동은 적으나 프로펠러에서 발생하는 소리가 비교적 큼	- 저속비행에서 효율이 좋으나 고속에서는 효율이 낮으므로 저속항공기에 주로 이용됨
Turboshaft	- Low pressure 터빈을 회전식 기계에너지만을 사용하고 감속장치를 통해서 동력을 전달함 - 연소가스는 터빈에서 대기압으로 평창하기 때문에 제트추력이 생기지 안ㄹ고 노즐이 없음	- 주로 제트추력이 별도로 필요하지 않는 헬러콥터용으로 사용되고 차량이나 선박 등에 이용됨 (고속 비행장치가 아님)

 

- Afterburner : 터빈과 배기노즐 사이에 연소기 (afterburner)를 추가하여 가스를 재가열 한 후에 배기노즐로 분사시켜 추력을 증강하는 것 (전투기와 같은 짧은 시간 동안 급속한 추력의 증가를 필요로 하는 경우)

 

 

오늘은 '항공기 터빈 엔진 종류 및 특성, 항공기 연료 급유 방식' 편이었습니다.
다음 글에서는  "등유/항공유 품질규격"에 대해 알아보도록 하겠습니다.