터보샤프트 (turboshaft)
쉽게 풀면
터보샤프트는 가스터빈에서 나오는 힘을 거의 전부 회전축을 돌리는 데 쓰는 엔진입니다. 배기가스를 뒤로 내뿜어 추력을 얻으려는 목적이 아니라, 오로지 축을 강력하게 돌리는 것이 목표입니다. 이 회전축은 헬리콥터의 메인 로터나 테일 로터를 구동하는 데 주로 사용되며, 일부 산업용 발전기나 선박 추진에도 응용됩니다.
왜 중요한가
터보샤프트는 헬리콥터 로터를 구동하므로 출력 대 중량비와 고온·고고도에서의 출력 저하가 제자리비행 성능과 유상하중을 직접 결정하며, 회전익 성능 연구는 대부분 이 엔진의 출력 곡선을 입력으로 씁니다. 실무에서는 다발 헬리콥터의 한 엔진 정지 시 남은 엔진의 비상 출력 등급이 운용 한계를 정합니다. 대부분의 터보샤프트는 동력터빈(프리터빈)이 가스발생기 터빈과 기계적으로 분리되어 있어, 가스발생기 회전수가 출력 요구에 따라 변해도 동력터빈과 로터 회전수를 거의 일정하게 유지할 수 있습니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
엔진이 만들어내는 매우 빠른 회전 속도를 기어를 이용해 헬리콥터 날개가 돌아가기에 적당한 속도로 낮췄다는 설명입니다.
엔진 하나가 멈춰도 남은 엔진이 잠시 더 큰 힘을 내어 안전하게 비행을 이어 가도록 한다는 운용 설계를 설명합니다.
조금 더 깊게 보면
터보샤프트와 터보프롭은 같은 원리로 축동력을 뽑지만, 터보프롭은 잔여 배기 추력을 일부 이용하고 감속기가 엔진에 통합되어 있는 반면 터보샤프트는 기체 쪽 변속기에 동력을 넘긴다는 점이 다릅니다. 또한 로터 회전수를 일정하게 유지해야 하므로 엔진 제어의 목표가 추력이 아니라 회전수 유지라는 점에서 고정익 엔진과 제어 논리가 다릅니다. 다발 헬리콥터의 터보샤프트는 부하분담장치를 통해 여러 엔진의 출력을 실시간으로 맞춰주는데, 이 장치가 없으면 한 엔진이 과부하를 지고 다른 엔진은 저부하로 남는 불균형이 생길 수 있습니다.
주의할 점
터보샤프트는 터보프롭과 원리가 비슷해 보이지만, 터보프롭은 프로펠러가 축과 직결되어 항공기를 앞으로 미는 반면 터보샤프트는 로터를 돌려 양력과 추력을 동시에 만드는 헬리콥터 특유의 방식에 최적화되어 있습니다.