I. 개요
제트 엔진의 배기 과정은 흡기 포트에서 유입된 자연 공기가 엔진을 통해 에너지를 공급하고 최종적으로 항공기를 전진시킬 수 있는 터빈 동력과 추력을 얻는 과정입니다.
연소시 압력은 비교적 일정한 경향이 있으나 연소열에 따라 부피가 급격하게 팽창한다.
엔진 유형은 여기에서 생성된 뜨거운 팽창 가스가 어떻게 활용되는지에 따라 다릅니다.
터보제트 엔진은 가능한 한 빨리 배기되도록 설계하는 데 중점을 두지만 터보팬과 터보프롭은 제트 속도를 위해 배기의 일부만 사용하고 나머지는 터빈을 돌려 팬이나 프로펠러를 회전시키는 데 사용합니다.
반면에 터보샤프트 엔진에서는 모든 배기 가스가 동력 터빈을 구동하는 데 사용되고 자유 동력 터빈은 로터의 회전력을 얻기 위해 사용됩니다.
배기 시스템의 설계는 엔진 유형을 결정하는 중요한 요소입니다.
노즐과 추진 노즐의 면적은 터빈 입구 온도, 기류 품질, 배기 제트 속도 및 압력에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.
배기가스의 에너지원은 온도와 압력이다.
이들의 최적 조합은 필요한 출력 또는 추력을 얻는 데 결정적인 역할을 합니다.
노즐 설계가 너무 작으면 추력은 커지지만 압축기 슬립이나 서지가 발생할 수 있고 반대로 노즐 면적이 너무 크면 추력이 너무 작을 수 있습니다.
제트 엔진에서 배기 시스템은 왕복 엔진에서와 같이 단순히 배기 가스를 배출하기 위한 것이 아닙니다.
그렇다고 해서 배기 시스템이 물리적 작업을 수행하기 위해 복잡한 역학을 가지고 있다는 의미는 아닙니다.
제트 엔진의 원하는 성능은 배기 노즐의 기하학적 구조를 정밀하게 설계하여 달성할 수 있습니다.
이것이 통풍구를 배기 노즐 또는 추진 노즐이라고 부르는 이유입니다.
동일한 아음속 범위에서 고성능 왕복 엔진의 배기는 추력에 기여하지 않지만 아음속 고 바이패스 터보팬 엔진의 수축된 배기 노즐은 상당한 추력에 기여합니다.
2. 배기 시스템 부품
일반적으로 배기 시스템은 터빈 출구에서 배기 노즐 끝까지입니다.
애프터버너 또는 재가열기가 있는 일부 전투기 엔진은 엔진 유형에 따라 터빈 출구와 배기 노즐 사이에 분사 파이프를 추가합니다.
일반 민항기 제트엔진과 비애프터버너 전투기 엔진의 배기계통은 배기콘, 제트파이프, 추진노즐로 구성된다.
또한 배기 시스템과 통합된 주요 장치로는 애프터버너, 역추력 장치 및 소음 감소 장치가 있습니다.
하위 구성 요소는 이러한 장치의 설치 여부에 따라 다릅니다.
3. 배기 콘
제트 엔진 배기 장치의 특이한 구성 요소는 배기 중앙에 장착된 원추형 배기 원뿔입니다.
배기 콘은 흡기 콘과 비슷하지만 흡기 콘은 공기 통로를 좁히고 배기 콘은 공기 통로를 넓힙니다.
배기 가스는 추력을 증가시키기 위해 터빈에서 나올 수 있는 것보다 더 빨리 빠져나와야 합니다.
이러한 이유로 분사관은 터빈에서 배출되는 배기가스를 포집하여 직선으로 배출하도록 설계되어야 한다.
터빈 출구를 빠져나가는 배기 가스의 속도는 약 750~1200ft/s이지만 이 속도 범위의 마찰 손실은 너무 크기 때문에 마찰 손실을 줄이기 위해서는 확산이 필요합니다.
확산 작용을 통해 감속 기능을 달성할 뿐만 아니라 배기 가스가 터빈 디스크 뒤쪽으로 흐르는 것을 방지하도록 설계되었습니다.
이 영역의 풍속을 마하 0.5 정도로 유지하십시오. 또한 터보에서 나오는 배기흐름이 약간의 와류를 발생시킬 수 있어 추가적인 손실이 발생할 수 있는데, 이를 방지하기 위해 배기가스가 인젝션 파이프로 들어가기 전에 직선으로 흐르도록 터보 리어 스트러트를 설치한다.
설치됨
4. 푸시 노즐
노즐은 출구 면적을 조절하여 유체의 속도를 증가시키는 장치입니다.
노즐의 면적을 정밀하게 설계함으로써 유체 흐름의 부피, 속도, 질량, 모양 및 압력까지 제어할 수 있습니다.
제트 엔진 내부의 크게 팽창하는 가스는 배기 노즐의 정밀한 설계로 가속될 수 있음이 분명합니다.
제트 엔진에서 배기 노즐은 가스의 속도를 최대화하도록 설계되었기 때문에 추진 노즐이라고 합니다.
제트 엔진에서 추진 노즐은 수렴 노즐과 수렴 발산 노즐입니다.
수렴 노즐은 아음속 속도로 제한되지만 수렴 발산 노즐은 초음속 흐름으로 증가할 수 있습니다.
수렴 노즐은 단면적이 고정되어 있지만 수렴-발산 노즐은 작동 조건에 따라 단면이 수축 및 발산할 수 있기 때문에 작동 효율이 높습니다.
그러나 기계적 복잡성과 무게의 증가는 피할 수 없습니다.
좋은 엔진 성능을 위해서는 압력, 온도 및 추력 사이의 정확한 관계가 필요하기 때문에 노즐 크기와 모양이 중요합니다.