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터보 제트 엔진
제 2 차 세계대전 전에 모든 비행기는 피스톤 엔진을 동력으로 사용했다. 이 엔진 자체는 전진 동력을 생성할 수 없으며, 프로펠러를 구동하여 공중에서 회전시켜 비행기의 전진을 추진해야 한다. 피스톤 엔진과 프로펠러의 이런 조합은 줄곧 비행기의 고정적인 추진 방식이어서 의문을 제기하는 사람이 거의 없다.
1930 년대 말, 특히 제 2 차 세계대전 시대에는 전쟁의 수요로 비행기의 성능이 빠르게 발전하여 비행 속도가 700-800 km/h 에 달하고 고도는1000m 이상에 달했다. 그러나, 엔지니어들이 엔진 동력을 1000 킬로와트에서 2000 킬로와트, 심지어 30,000 미터로 높임에도 불구하고 프로펠러 비행기가 한계에 도달한 것 같다는 사실이 갑자기 밝혀졌다.
문제는 프로펠러에 있습니다. 비행기가 시속 800 킬로미터에 달할 때 프로펠러 끝은 계속 고속으로 회전하기 때문에 실제로는 음속에 가까워졌다. 이런 음속 유류장의 직접적인 결과는 프로펠러 효율이 급격히 떨어지고 추력이 떨어지는 것이다. 동시에 프로펠러는 바람이 부는 면적이 커서 저항이 더 크다. 그리고 비행 고도가 높아지면서 대기층이 얇아지면서 피스톤 엔진의 전력도 급격히 떨어진다. 이러한 요소들이 결합되어 피스톤 엔진+프로펠러의 추진 패턴이 이미 끝이 났다. 비행 성능을 더욱 향상시키기 위해서는 새로운 추진 방식을 채택해야 하며, 제트 엔진이 생겨났다.
제트 추진의 원리는 모두 잘 알고 있다. 뉴턴의 제 3 법칙에 따르면 물체에 작용하는 모든 힘은 크기가 같은 방향의 반대 반작용력을 가지고 있다. 제트 엔진이 작동할 때, 전면에서 대량의 공기를 들이마시고, 연소 후 고속으로 분출한다. 이 과정에서 엔진은 기체에 힘을 가해 뒤로 가속시키고, 기체도 엔진에 반작용력을 주어 비행기의 전진을 촉진한다. 사실, 이 원리는 이미 오랫동안 실천에 적용되었다. 우리가 노는 폭죽은 꼬리에서 뿜어져 나오는 화약 가스의 반응으로 하늘로 날아올랐다.
일찍이 19 13 년 동안 프랑스 엔지니어 렌 롤랜드 (Rennes Loran) 는 제트 엔진 특허를 받았지만, 이는 당시 저속도로 작동하지 않아 필요한 고온 내열 재료가 부족한 펀치 엔진이었다. 1930 년 프랭크 휘틀은 첫 번째 가스 터빈 엔진 특허를 받았지만 1 1 년 후에야 그의 엔진이 첫 비행을 마쳤고, 휘틀의 이런 엔진은 현대 터빈 제트 엔진의 기초를 형성했다.
현대 터보 제트 엔진의 구조는 입구, 압축기, 연소실, 터빈, 노즐로 구성되며 전투기의 터빈과 노즐 사이에는 가력 연소실이 있다. 터보 제트 엔진은 여전히 열 엔진 중 하나이며 열 엔진의 작동 원리 (고압 입력 에너지, 저압 방출 에너지) 를 따라야합니다. 따라서 출력 에너지를 생산하는 원리에서 제트 엔진과 피스톤 엔진은 동일하며 흡기, 증압, 연소, 배기 4 단계가 필요합니다. 차이점은 피스톤 엔진에서 이 네 단계는 시분할 순차적으로 진행되며 제트 엔진에서는 연속적이라는 것입니다. 가스는 피스톤 엔진의 네 가지 작동 위치에 해당하는 제트 엔진의 각 부분을 차례로 통과합니다.
공기가 먼저 엔진의 공기 흡입구로 들어간다. 비행기가 비행할 때 비행 속도로 엔진으로 흐르는 기류로 볼 수 있다. 비행기의 비행 속도가 변하고 압축기의 유입 속도가 일정 범위 내에 있기 때문에 입구의 역할은 조절 가능한 파이프를 통해 미래의 흐름을 적절한 속도로 조절하는 것이다. 초음속 비행 시 입구 앞과 내부의 기류 속도가 아음속으로 낮아졌는데, 이때 기류의 정체로 인해 압력이 10 배, 심지어 수십 배, 압축기 내 증압배수를 크게 초과할 수 있어 속도펀치에만 의존해도 압축기가 없는 펀치 엔진이 생겨났다.
공기 흡입구 뒤의 압축기는 공기 흐름의 압력을 높이기 위해 특별히 사용된다. 공기 흐름이 압축기를 통과할 때 압축기의 작동 블레이드가 공기 흐름에 작용하여 공기 흐름의 압력과 온도가 증가합니다. 아음속 때 압축기는 기류 증압의 주요 부품이다.
연소실에서 흘러나오는 고온고압가스는 압축기와 같은 축에 설치된 터빈을 통과한다. 일부 기체는 터빈에서 팽창하여 기계 에너지로 변환하여 압축기 회전을 구동할 수 있다. 터보 제트 엔진에서 터빈 중 기류 팽창이 하는 작업은 압축기 압축 공기가 소비하는 작업과 전동 액세서리가 마찰을 극복하는 데 필요한 작업과 정확히 같습니다. 연소 후 터빈 전 가스의 에너지가 크게 증가하기 때문에 터빈의 팽창비는 압축기의 압축비보다 훨씬 적다. 터빈 출구의 압력과 온도는 압축기 수입의 압력과 온도보다 훨씬 높으며, 엔진의 추력은 이 부분의 기체 에너지에서 비롯된다.
터빈에서 흘러나오는 고온 고압 가스는 테일 노즐에서 계속 팽창하여 엔진 축을 따라 고속으로 노즐에서 뒤로 배출됩니다. 이 속도는 기류가 엔진에 들어가는 속도보다 훨씬 빨라서 엔진이 반작용 추력을 얻을 수 있게 한다.
일반적으로 공기 흐름이 연소실에서 나올 때 온도가 높을수록 입력 에너지가 커질수록 엔진의 추력도 커진다. 하지만 터빈 소재의 제한으로 현재 65,438+0,650K 정도밖에 되지 않는다. 현대 전투기는 때때로 짧은 시간 내에 추진력을 증가시킨 다음 터빈 뒤에 가력 연소실을 추가하여 연소되지 않은 기체와 분사된 연료를 혼합하여 다시 태울 필요가 있다. 가력 연소실에는 회전 부품이 없어 온도가 2000K 에 이를 수 있어 엔진의 추력을 1.5 배 정도 높일 수 있다. 그것의 단점은 연료 소비가 급격히 증가하는 동시에 온도가 너무 높아서 엔진의 수명에도 영향을 미친다는 것이다. 따라서 엔진의 가력은 일반적으로 제한되어 있으며, 저고도는 10 여 초밖에 안 되며, 이륙이나 작전에 많이 사용되며, 고공은 오랫동안 운전할 수 있다.
항공 가스 터빈 기술이 발달하면서 터보 제트 엔진에 따라 가압 기술에 따라 펀치 엔진, 펄스 엔진 등 다양한 제트 엔진이 개발되었습니다. 출력 에너지에 따라 터보 팬 엔진, 소용돌이 엔진, 소용돌이 샤프트 엔진 및 프로펠러 팬 엔진이 있습니다.
제트 엔진은 저속에서 피스톤 엔진보다 연료 소비가 높지만, 뛰어난 고속 성능으로 후자를 빠르게 교체하여 항공 엔진의 주류가 되었다.