가스터빈엔진의 배기 계통의 이해

터보차저를 장착한 배기시스템

• 터빈엔진 배기노즐:
• 엔진의 종류에 따라 몇가지 형태의 배기 노즐을 사용한다.
• 수축형 배기노즐, 수축-확산형 배기노즐

터보샤프트 엔진:

• 확산형 덕트를 사용하며, 이는 추력을 생산하는 것이 아니라, 모든 엔진 파워로 로터 블레이드를 회전시켜 헬리콥터의 호버링 능력을 향상시킴.
• 호버링: 헬리콥터가 공중에 정지해 있는 상태

터보팬 엔진: 덕트의 유무로 2가지로 구분

• 덕트가 없는 터보팬 엔진:
• 두개의 노즐이 있으며, 하나는 팬공기 흐름, 다른하나는 엔진 내부공기 흐름 담당
• 각각의 공기 흐름은 갈라져 대기로 흐른다.
• 덕트가 있는 터보팬 엔진:
• 팬 공기 흐름을 발생시켜 그것울 직접 닫힌 덕트를 통하여 보낸 후 배기노즐로 흐르게 한다.
• 엔진 내부 배기 공기와 팬 공기가 합쳐지며 이 합쳐진 노즐을 통하여 흐른다.
• 터보팬엔진은 많은 양의 공기 흐름을 처리한다.
• 대부분 추력(80~85%)을 생산하는 팬공기는 가능한 와류없이 배기까지 직접나가게 된다.
• 터빈을 지나는 공기 흐름은 터빈과 팬 구동 하는데 대부분 소진되며, 증가된 배기가스의 속도는 추력(10~15%)를 담당한다.

터보프롭 엔진:

• 터보프롭 배기노즐은 작은 양의 추력(10~ 15%)을 생산하지만, 주로 항공기 배기가스 를 내보내고, 대부분의 에너지는 프로펠러 에 전달된다.
• 어떤 터보프롭의 배기덕트는 테일파이프라 하며, 구조는 간단하며, 원추형 혹은 원통형 파이프로 되어 있다.
• 배기가스를 주변 손상없이 배출하는데 목적이 있다.

수축형 배기노즐

• 전반부는 확산형 덕트로 형성되며, 후반부 는 수축형 덕트로 형성한다. 이렇게 되면, 배출가스 속도는 증가되어 추력도 증가한다.
• 전반부에는 와류감소를 위해 배기플러그 또는 테일콘이 설치되어 있다.
• 배출구 크기는 가스의 밀도/속도를 결정함
• 배기노즐의 크기를 조절하여 엔진의 성능을 결정하여야 한다.
• 가스속도가 마하1이되면, 증감하지않는다.

수축확산형 배기노즐

• 배기가스 속도가 엔진 배기노즐에서 마하1 을 넘을 수 있도록 충분히 높으면, 이 노즐을 사용하여 더 높은 추력을 얻을 수 있다.
• 배기노즐내에서 높은 압력비가 가능하므로 높은 미하수에서 효과적이다.
• 수축부는 목부분에 음속에 이르게 하며, 확산부는 목을 지나 속도를 더 증가 시켜 초음속에 이르게 한다.

역추력장치

기계적 차단 장치

• 배기가스 흐름속에서 움직일수 있는 차단장치를 노즐의 약간 뒤에 장치하는 것
• 가스를 반대방향으로 흐르게 하기 위하여 장착된 반원이나 조개모양의 콘에 의해 적당한 각도로 역류하게 됨
• 역추력장치는 고온에 잘 견디고, 기계적을 강하고, 무게가 가볍고, 신뢰성 있으며, 안전장치가 있어야 한다.

공기역학적 차단 장치

• 덕트가 없는 터보팬엔진에 주로 사용
• 항공기 속력을 늦추기 위해 팬공기 사용
• 팬 공기 흐름 방향을 바꾸는 트랜스 래이팅 카울, 블로커도어, 케스케이드 베인 으로 구성되어있다.

공기역학적 차단 장치

• 추력레버가 Idle 위치에 있고, 항공기 바퀴에 무게가 가해지고 있을때,
• 1 추력레버를 뒤쪽으로 움직이며 닫혀 있는 블로커도어가 열리기 위해 트랜스레이팅 카울을 작동시킨다.
• 2 이작용은 뒤쪽으로 흐르는 팬 공기를 정지 시키고 항공기 속도를 줄이기 위해 앞쪽 방향으로 공기가 흐르도록 케스케이드베인을 통해 방향을 바꾼다.
• 팬이 엔진 추력의 80%을 생산하기 때문에, 팬은 역추력을 내기 위한 가장 좋은 자원이다.

에프터버너/추력증가장치

• 이 용어는 군용기엔진에 적용
• 구성: flame stabilizer, fuel manifold, flame holder, igniter, variable exhaust nozzle
• 엔진 최대출력 도달 후 출력레버를 전진하면, 에프터버너가 작동하여 더 많은 연료와 연소를 통해 더 큰 출력을 얻게 된다.
• 이것은 단일연소기를 1개 더 가진것과 같다.
• 높은 연료소모율로 사용 제한 된다.

추력 벡ㄹ터링

• 비행체 방향으로만 평행하던 배기노즐을 움직이거나 방향을 변화시켜 평행축 이외의 다양한 방향을 추력을 향하게 하는 항공기 엔진의 능력을 말한다.
• 수직 이착륙 항공기는 이륙추력으로서 추력 벡터링을 이용하고, 방향을 변경하여 수평 비행으로 항공기 추진시킨다.
• 항공기의 비행중 더 큰 기동력을 얻기위함