1. 공기 흡입구
공기 흡입구는 제트 엔진의 앞 부분으로 공기를 흡입하여 압축기로 보내는 역할을 합니다. 공기흡입구는 실질적인 작용을 하지 않지만 공기흐름의 속도와 흡입구의 종류에 따라 엔진성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 공기 흡입구의 기본 설계는 유선형 흐름으로 엔진에 필요한 양의 공기를 공급할 수 있어야 합니다. 이를 위한 최적의 흡기 채널은 엔진 중앙으로 바로 유입될 수 있도록 설계되었습니다.
최신 고성능 항공기의 공기역학적 설계는 공기 흡입구를 동체의 측면 또는 아래쪽에 배치합니다. 이러한 설계는 항공기의 성능과 수행하는 임무의 특성을 최적화하기 위해 설계에 통합되어야 합니다. 엔진에 필요한 공기량이 적으면 엔진 효율이 크게 떨어질 수 있습니다. 반면에 공기가 너무 많으면 엔진이 처리하는 데 많은 양의 동력이 필요하므로 적당한 양의 공기만 유입시키고 나머지는 배기 흐름으로 내보내거나 유입시키는 장치가 필요합니다.
항공기의 속도에 따라 아음속으로 작동하는 제트 엔진의 인렛은 속도의 변화만 일으키고 최대한 압력 회복에 초점을 맞추며 설계 외에도 기계적으로 매우 복잡한 구조를 가지고 있다. 특히 초음속 공기 흡입구를 다룰 때는 충격파의 종류와 거동에 대한 이해가 선행되어야 합니다.
2. 압축기
압축기는 공기 흡입구 뒤에 위치한 부품으로 공기를 압축하는 데 사용되지만 전체 엔진의 저온 부분에 속합니다. 압축기는 기체의 부피를 줄여 압력을 높이는 기계 장치입니다. 압축 장치에서는 압축 과정에서 열이 발생하는 것을 관찰할 수 있다. 이것은 압축 효과를 얻기 위해 부피를 압축하는 잘 알려진 방법이지만 제트 엔진은 다른 방법으로 공기를 압축합니다. 흡입구와 배출구가 열린 덕트를 통해 공기를 지속적으로 밀어냄으로써 압축 효과를 얻는데, 이를 다이나믹 압축기라고 합니다. 압축 효율을 높이려면 작동 유체의 속도와 동압의 변화를 만드는 것이 필수적입니다. 제트 엔진 성능은 공기를 얼마나 효율적으로 압축할 수 있는지에 따라 달라지며 실제 압력비가 높을수록 순 추력이 더 커집니다.
현대식 압축기가 개발되기 전에는 압축 공기를 연소실에 공급하기 위해 때때로 압축기가 사용되었습니다. 초기에는 원심압축기의 형태를 사용하였으나 압축용량을 높이는 데 한계가 있었다. 나중에 축 압축기가 개발되었습니다. 액시얼 컴프레서는 현대의 고성능 민항기 엔진에 선호되는 컴프레서이지만, 원심 컴프레서는 항공기 유형에 따라 소형 무인항공기 및 고성능 헬리콥터에서 점점 보편화되고 있습니다.
원심압축기의 원리는 제트엔진의 압축기에 과급기를 적용한 것으로 높은 압력비를 얻기 위해 임펠러의 직경이 커지는 구조적 결함이 있다. 고속비행을 위해서는 앞부분을 최대한 작게 만들어야 하는데, 기류방향과 평행하게 흐르는 공기를 압축할 수 있는 축류 압축기가 개발됐다. 액시얼 컴프레서는 원심 컴프레서의 단점인 기류의 방향을 바꾸지 않고 정면 면적을 크게 줄일 수 있는 장점이 있지만 잦은 컴프레서 정지로 실용성이 떨어진다는 비판을 받아왔다. 그러나 헬리콥터 및 터보프롭 엔진의 특성상 엔진 길이를 최소화하고 때로는 직선 기류가 필요 없이 가스 흐름을 역전시켜 엔진에 남아 있는 모든 에너지를 활용할 수 있도록 기류를 설계하는 것이 중요합니다.
3. 압축기 구동
엔진의 시동 과정에는 내부 또는 외부 에너지가 필요하지만 시동이 걸리면 자체적으로 필요한 회전력을 생성하는데, 자기 회전을 유지할 수 있는 원동력은 터빈이다. 연소기에서 빠르게 팽창한 가스가 터빈을 돌리기 시작하면 터빈 축에 연결된 압축기를 돌립니다. 이때부터는 기체가 정지해 있어도 스스로 공기를 빨아들여 엔진 내부로 공급할 수 있다.
압축기는 매우 빠른 속도로 회전하여 공기의 흐름을 자극하고 압축하기 위해 작은 공간으로 밀어 넣습니다. 압축 공기는 압력과 온도가 빠르게 상승합니다. 압축기를 통과하는 압축공기의 대부분은 연소에 사용되지만 압축부 공기의 일부는 공조, 가압, 엔진 흡입구의 결빙방지, 터빈냉각 등에 사용된다. 이 목적을 위해 압축기에서 빼낸 공기를 블리드 에어라고 합니다. 컴프레서에서 추출한 공기는 다용도로 사용되지만 엔진 전체의 효율을 떨어뜨릴 수 있기 때문에 압축공기를 사용하면 효율 손실을 충분히 보완할 수 있다.
4. 원심 압축기
원심 압축기는 제트 엔진 초기부터 사용되었습니다. 대부분의 최신 고성능 항공기나 전투기는 더 높은 압력비를 달성할 수 있는 축류 압축기를 사용하지만, 원심 압축기를 이용하는 대부분의 고성능 헬리콥터 엔진은 원심 압축기를 사용한다. 공기 흡입구는 양쪽 날개의 뿌리 근처에 설치되어 양쪽에서 공기를 끌어들이며, 원심 압축기는 전면 면적이 넓고 무뚝뚝하지만 상대적으로 제작이 용이한 장점이 있다. 또한, 다양한 환경에 대응하기 위해 둔탁함과 단순함이 균형을 이루는 소형 가스터빈 엔진에 적합하다.
원심압축기의 작동원리와 구조는 회전하는 디스크에 블레이드가 부착된 구조로 되어 있어 원심력에 의해 공기를 디스크 밖으로 밀어내어 공기를 압축할 수 있다. 이것을 임펠러라고 합니다. 압축 공기를 효과적으로 모아서 연소실로 보내는 구성 요소는 디퓨저입니다. 원심 압축기는 자동차와 같은 일반 기계의 공기 압축에도 널리 사용됩니다. 항공기에 사용되는 원심 압축기는 임펠러를 1개 또는 2개로 설계하여 압력비를 높이거나 양면 임펠러로 설계한다. 양면 임펠러 설계는 공기 흐름이 뒤쪽으로 역전되어야 하므로 플레넘 챔버가 필요합니다. 원심 압축기에서 임펠러는 공기를 여기시켜 속도와 약간의 압력을 증가시키는 반면 디퓨저는 나머지 압력을 증가시킵니다. 컴프레서의 임펠러는 공기를 계속 압축하면서 가속하고 디퓨저는 공기 유량이 감소함에 따라 압력을 계속 증가시킵니다. 디퓨저는 고정 베인으로 구성됩니다. 가이드 베인의 끝은 공기 흐름의 합력 방향이 일치하지 않거나 두 끝이 서로 너무 가깝게 배치된 경우 임펠러를 빠져나가는 공기 흐름의 합력 방향과 일직선이어야 합니다. 전송된 임펠러에 공기역학적 충격이 가해져 불규칙한 기류가 발생하고 흐름과 진동이 발생합니다.