터보팬 (turbofan)
쉽게 풀면
터보팬은 앞쪽에 큰 팬이 달려 있어, 빨아들인 공기 중 일부만 뜨겁게 태워지는 코어로 보내고 나머지 대부분은 코어를 거치지 않고 바로 뒤로 흘려보내는 엔진입니다. 상대적으로 많은 양의 공기를 적당한 속도로 밀어내는 방식이라 터보제트보다 훨씬 연료 효율이 좋고 소음도 적습니다. 바이패스비가 높을수록 이런 효율성이 더 두드러져, 현대 여객기 엔진은 대부분 높은 바이패스비를 가진 터보팬을 사용합니다.
왜 중요한가
터보팬은 코어의 배기 속도를 낮추고 대량의 공기를 팬으로 밀어 추진 효율과 소음을 동시에 개선했기 때문에 현대 여객기 엔진의 사실상 표준이며, 연료소비율 개선 연구의 대부분이 이 엔진 형식을 대상으로 합니다. 항공기 성능 논문에서 추력 감소율과 연료 유량을 다룰 때 터보팬의 고도·마하수 특성이 기본 전제로 쓰입니다. 기어드터보팬은 팬과 저압터빈 사이에 감속기어를 두어 각각을 최적 회전수로 돌릴 수 있게 함으로써, 팬 지름을 키워 바이패스비를 높이면서도 저압터빈 단수를 줄여 무게 증가를 상쇄하는 설계입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
바이패스되는 공기 비율이 높은 최신 엔진으로 바꾸자 연료를 훨씬 적게 쓰게 되었다는 실제 개선 사례를 설명한 문장입니다.
코어를 우회하는 공기의 비율을 높이는 것이 추진 효율을 높이는 주된 방법임을 보여줍니다.
조금 더 깊게 보면
터보팬의 효율은 바이패스비가 클수록 좋아지지만 팬 지름이 커져 나셀 항력과 중량, 지상고 문제가 따라오므로 무한정 키울 수 없으며, 기어드 터보팬은 팬과 터빈 회전수를 분리해 이 한계를 완화한 설계입니다. 고속에서는 팬 배기의 추진 효율이 떨어지므로 전투기용 저바이패스 터보팬과 여객기용 고바이패스 터보팬은 같은 이름이라도 설계 철학이 크게 다릅니다. 터보팬의 순추력은 팬이 만드는 바이패스 추력과 코어 배기가 만드는 추력의 합이며, 고바이패스 엔진에서는 팬 추력이 전체의 대부분을 차지하지만 팬 역시 코어 가스로 도는 저압터빈이 구동하므로 코어가 멈추면 팬 추력도 함께 사라집니다.
주의할 점
터보팬 엔진 소리를 들으면 큰 팬 소리만 들릴 것 같지만, 실제로는 팬 소음과 제트 배기 소음, 코어 내부 소음이 모두 합쳐져 발생하므로 소음원을 팬 하나로만 단정해서는 안 됩니다.