가스터빈엔진의 흡기 계통의 이해

터빈엔진의 흡기계통

• 엔진흡입구는 엔진에서 요구되는 양의 공기 가 방해받지 않고 압축기까지 갈 수 있도록 디자인되어야 한다.
• 압축기 1단계로 공기가 바르게 들어갈 수 있도록 인렛 가이드 베인 사용
• 가스터빈 엔진은 왕복엔진보다 월등히 많은 공기를 필요로 하고, 특히 고속에서 엔진과 항공기의 성능을 결정하므로, 공기의 양은 매우 중요하다.
• 터보프롭, 보조엔진, 터보샤프트 등의 엔진 들은 외부 물질로 인한 손상(FOD)을 방지하기 위하여 흡입구를 덮는 스크린을 사용하기도 한다.
• 속도가 증가하면, 추력은 다소 감소된다.
• 어떤 속도에 도달하면, 감소된 추력은 램에어(Ram Air)의 영향으로 보상받는다.
• 이 영향으로 자유로운 공기 흐름에서 흡입구내의 공기 분자가 압축되어 전체압력 이 상승하고, 이 압력으로 엔진의 압축력과 공기흐름을 중가 시킨다.
• 이것을 램회복 혹은 전압력 회복이라 한다.
• 흡입구 덕트는 가능한 한 최소한의 와류와 압력으로 압축기 입구에 공기를 일정하게 보내주어 항력을 최소한 해야 한다.
• 엔진 입구에서 공기 압력의 감소는 덕트의 양쪽 옆을 따라서 발생하는 공기의 마찰 이나 덕트의 곡선부분이 원인이 된다.
• 원활한 공기 흐름을 위해 이론적으로는 직선이으로 디자인되어야 한다.

분할 입구 덕트 (Divided-Entrance Duct)

• 동체의 양쪽 옆으로 설계된 분할 흡입구 – 항력 증가가 많다, 굴곡 최소화
• 이러한 Side 흡입구는 단일입구 덕트의 특성 을 살려 압축기 입구로 점진적인 곡선 모양을 주기 위하여 가능한 한 앞쪽에 위치 하고 있다.
• 흡입공기의 와류방지위해 가변 베인 설치

가변형 덕트(Variable-Geometry Duct)

• 군용항공기에서 공기가 최대로 필요할때의 엔진전면에 흡입되는 공기의 속도는 마하 1 이하여야한다. 그러므로, 마하1 이상의 비행 속도에서도 덕트를 통과하는 공기의 속도는 마하1 이하로 감소되어야 한다.
• 덕트는 디퓨저처럼 설계되어야 하며, 공기의 속도는 감소, 압력은 증가해야 한다.
• 초음속 군용기의 경우 디퓨저에서는 공기의 흐름이 뒤쪽으로 갈수록 점차적으로 감소된다. 마하1 이하로 감속할때까지 형태 는 유지된다.
• 덕트의 후방 부분은 아음속 디퓨텨처럼 작동함으로서 속도를 감소 시킨다.
• 이러한 형태를 가변인렛덕트 라고 한다.  

군용항공기 흡입공기 흐름 감소 방법

• 1. 덕트 내부에 쐐기나 램프등 방해물 설치
• 2. 흡입공기의 일부를 엔진 흡입전에 외부로 바이패스 방식으로 방출
• 3. 흡입공기 흐름속 충격파 발생
• 덕트의 크기를 변화시켜 순간 속도를 감소 시킴으로서, 충격파을 발생시켜 마하속도를 아음속속도로 변화 시킨다.

압축기 흡입구 스크린

• 엔진 흡입구로 쉽게 빨려 들어가는 이물질 흡입을 방지하기 위하여 엔진 흡입구에 이렛스크린(Inlet Screen)을 설치한다.
• 터보프롭, 보조동력장치(APU) 사용
• 대형항공기는 이점보다 단점이 많아 사용하지 않는다.
• Ex) 결빙, 흡입압력 감소, 기계적 고장 등등

벨마우스 압축기 흡입구

• 시운전실(Test Cell)에서 성능시험시 사용
• 탐침(Probe) 또는 Sensor를 사용하여 엔진 입구의 온도와 압력을 측정하여 정비사가 확인할 수 있는 계기로 전송
•  공기 저항성이 없도록 둥근 벨 모양 설계

터보프롭 및 터보샤프트 압축기 흡입구

• 설계조건에 프로펠러 구동축, 허브, 스피너 등이 고려되어야 함에 따라 다른 터빈엔진 보다 설계가 어렵다.
  엔진 흡입구 앞 부분에 전기적 요소를 사용 하여 방빙처리를 한다.
  흡입구로 들어오는 얼음을 막거나 이물질이 못 들어오게 하는 디플렉터 도어 설치
• 터보프롭 및 터보팬 엔진의 입구에 얼음이 생겨 커지는 것을 방지하기 위하여 원뿔형 의 스피너(Spinner)가 사용 된다.

터보팬엔진 흡입구

• 고바이패스 터보팬엔진은 보통 압축기의 앞쪽 끝에 팬이 장착되어 있다.
• Inlet Cowl: 전방에서 엔진 내부로 들어가는 공기 통로 제공
• 팬은 이물질이 흡입되었더라도 방사선 방향 으로 배출하여 엔진 바깥의 팬쪽으로 지나 가게하여 이물질에 의한 손상을 최소화한다.
• 따뜻한 Bleed Air는 엔진 내부에서 나와 방빙 을 위하여 흡입구(Lip) 내부로 순환시킨다.
• 팬블레이드 끝단 근처 흡입구 내부는 갑작 스런 움직임으로 짧은 시간동안 팬플레이드가 끝단에 닿아 마찰되더라도  문제가 없도록 마모될 수 있는 러브 스트립 으로 되어 있다.
• 흡입구 내부는 소음감소물질로 되어있다.