제트엔진 (jet engine)

항공우주공학·항공운항학
한 줄 정의: 공기를 흡입하여 압축한 뒤 연료와 함께 연소시키고, 고온 고압의 연소가스를 노즐로 고속 분출시켜 뉴턴의 작용-반작용 법칙에 따라 추력을 얻는 항공기 추진 장치입니다.
제트엔진제트엔진: 제트엔진 아래에 터보제트, 터보팬, 터보프롭, 터보샤프트, 램제트, 스크램제트.제트엔진공기흡입·반작용 추력터보제트배기 제트 추력터보팬바이패스 공기, 아음속 고효율터보프롭프로펠러 구동터보샤프트축 동력(헬기)램제트압축기 없음, 초음속스크램제트초음속 연소, 극초음속추력 = 질량유량 × (배기속도 − 흡입속도); 터보팬은 팬가속이 추력 대부분한계대기 공기를 흡입해야 하므로 진공에선 작동불가(로켓과 차이)

쉽게 풀면

제트엔진은 공기를 빨아들여 압축하고, 여기에 연료를 뿌려 태운 뒤, 뜨겁고 압력이 높은 가스를 뒤쪽으로 세차게 뿜어내는 방식으로 추진력을 얻는 엔진입니다. 가스를 뒤로 밀어내는 힘의 반작용으로 엔진(그리고 비행기)이 앞으로 밀리게 되는데, 이는 풍선에서 바람이 빠지면 풍선이 반대 방향으로 날아가는 것과 같은 원리입니다. 터보제트, 터보팬, 터보프롭 등 다양한 형식이 이 기본 원리를 공유합니다.

왜 중요한가

제트엔진은 항공기 운용비의 큰 몫인 연료 소비와 정비 비용을 좌우하므로, 항공사의 기종 선정과 노선 경제성 분석은 사실상 엔진 성능 비교이며, 관련 연구도 열효율·추진효율 개선을 중심으로 이루어집니다. 배출과 소음 규제가 강화되면서 제트소음과 연소 배출물 연구도 엔진 설계의 필수 축이 되었습니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"제트엔진의 추력은 배기가스의 질량유량과 배기속도, 흡입공기 속도의 차이를 곱한 값으로 표현된다."

엔진이 만드는 추진력의 크기를 계산하는 기본 공식을 설명한 문장으로, 얼마나 많은 공기를 얼마나 빠르게 뿜어내는지가 추력을 결정한다는 뜻입니다(노즐 출구의 압력 차에 의한 항은 생략한 단순식입니다).

터보팬 엔진은 바이패스 공기의 비율을 높여 연료 효율과 소음 저감을 동시에 달성한다.

엔진 중심을 거치지 않고 옆으로 흘려보내는 공기의 비중을 늘리면 연료도 덜 쓰고 소음도 줄일 수 있다는 설명이다.

터보팬 엔진은 바이패스 공기의 비율을 높여 연료 효율과 소음 저감을 동시에 달성한다.

엔진 중심을 거치지 않고 옆으로 흘려보내는 공기의 비중을 늘리면 연료도 덜 쓰고 소음도 줄일 수 있다는 설명이다.

조금 더 깊게 보면

오늘날 여객기에 쓰이는 고바이패스 터보팬에서는 추력의 대부분이 뜨거운 코어 배기가 아니라 팬이 가속한 바이패스 공기에서 나오므로, 코어 배기 분출만 떠올리면 터보팬이 왜 효율적인지 이해하기 어렵습니다. 또한 엔진 성능은 고도와 온도에 크게 의존해 지상 정격 추력과 순항 추력은 전혀 다른 값이며, 성능 비교는 반드시 같은 조건에서 해야 합니다.

주의할 점

제트엔진은 로켓엔진과 달리 추력을 만들기 위해 반드시 대기 중 공기를 빨아들여야 하므로, 공기가 없는 진공에서는 작동할 수 없습니다. 산화제를 함께 싣고 다니는 로켓엔진과 근본적으로 다른 점입니다.

개념 계통

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