84.11 - 터보제트·터보프로펠러와 그 밖의 가스터빈

(A) 터보제트(turbo-jet)
터보 제트(turbo-jet)는 압축기·연소장치·터빈과 노즐(nozzle)로 구성된다. 이것은 배기관 속에 장치된 수렴관(收斂管 : convergent duct)이다. 터빈에서 배출되는 가열 가압된 가스는 노즐(nozzle)에 의하여 고속 가스 스트림으로 변환된다. 엔진에서 작용되는 이러한 가스흐름의 반동력이 항공기를 가동시키는데 사용할 수 있는 원동력으로 공급된다. 간단한 형태의 것은 압축기와 터빈이 단일 축에 설치되어 있다. 좀 더 복잡한 형태의 것은 압축기가 두 개의 부분[두 개의 스풀(spool) 압축기]으로 만들어지는데 그 속에는 각 부분의 스풀(spool)이 동심 축을 통하여 그 자체의 터빈으로 구동된다. 또 다른 변형된 형태의 것은 보통 압축기의 입구에 도관 팬을 덧붙이고 제 삼의 터빈으로 이들 양쪽을 구동하거나 첫번째 압축기 스풀(spool)에 연결한다. 이 팬은 덕티드 프로펠러(ducted propeller)와 유사한 작용을 하는 것으로 팬이 배출한 기체의 대부분은 여분의 추력을 주기 위하여 압축기와 터빈을 우회시켜 배기 분사와 합류시키는 것이다. 이러한 설명(version)을 때때로 "바이패스 팬 제트(bypass fan jet)"라고 한다.
소위 "애프터버닝(after-burning)"장치는 아주 단기간에 출력을 상승시키기 위하여 터보제트엔진(turbo-jet engine)에 직렬로 장착한 부속 장치이다. 이들 장치는 터보제트(turbo-jet)에서 발생하는 가스 속에 스스로 연료를 공급하고 과잉 산소를 이용하는 장치이다.

(B) 터보프로펠러(turbo-propeller)
이러한 엔진은 터보제트(turbo-jet)와 유사하나, 압축 터빈의 아래쪽에 터빈 하나를 더 갖는 것으로서 피스톤 엔진(piston engine)이 붙은 항공기 내에 사용하는 것과 같은 재래식의 프로펠러(propeller)에 연결되어 있다. 이러한 뒤편에 있는 터빈을 때로는 "프리터빈(free turbine)"이라고 하는데 이것은 압축기와 압축 터빈축에 기계적으로 연결되지 않는 것을 의미한다. 이와 같이 압축 터빈을 나온 가열가압된 가스의 대부분은 터보제트의 경우와 같이 노즐(nozzle) 속에서 팽창되는 대신에 프리터빈에 의하여 축동력으로 변환된다. 어떤 경우에는 프리터빈에서 나오는 가스가 보조 분사력으로 공급되고 프로펠러(propeller)를 조력하기 위하여 노즐 속에서 팽창되는 경우도 있다.

(C) 그 밖의 가스터빈
이 그룹에는 공업용의 가스터빈 장치를 포함하는 것으로 이것은 공업용으로 특별히 제작되었거나 항공기용의 원동력을 공급하는 이외의 용도에 사용하는 터보제트(turbo-jet)나 터보프로펠러(turbo-propeller)장치로 적당한 것이다.
여기에는 다음의 두 가지 형태가 있다.

(1) 단순순환(simple cycle) : 공기를 흡입시켜서 압축기로 압축시키고 연소장치 속에서 가열하여 터빈을 통과시키며 최종에는 대기로 배출되는 것이다.

(2) 재생순환(regenerative cycle) : 공기를 흡입시켜 압축하고 재생기의 공기관을 통과시킨다. 그 공기는 터빈의 배기(排氣 : exhaust)로 예열시켜서 연소장치를 통과시키면 그곳에서는 연료의 추가로 더욱 더 가열된다. 이들 공기와 가스의 혼합물은 터빈을 통과해서 재생기 옆으로 가열된 가스를 배출시키게 되고 최종에는 대기로 배출된다.
여기에는 다음의 두 가지 모형이 있다.

(a) 단일축 가스터빈 유닛(single-shaft gas turbine unit) : 이것은 압축기와 터빈이 단일축에 장치된 것으로 그 터빈은 압축기를 회전시키고 커플링(coupling)에 의하여 회전하는 기계를 구동시키기 위하여 동력을 공급하는 것이다. 이러한 구동형은 전기를 발전하는 것처럼 일정한 정속(定速 : constant speed)운전하는데 가장 효과적이다.

(b) 쌍축 가스터빈 유닛(two-shaft gas turbine unit) : 이것은 압축기·연소장치와 콤프레서 터빈(compressor turbine)이 하나의 유닛에 설치되며, 보통 가스발생기(gas generator)로 불린다. 다른 축 위에 있는 제2의 터빈은 가스발생기의 배기장치로부터 나온 가열과 가압된 가스를 받아들인다. 동력터빈(power turbine)이라고 하는 이들 제2의 터빈은 압축기나 펌프와 같이 하나의 구동 유닛에 결합되어 있다. 쌍축 가스터빈은 가스터빈으로부터 나오는 출력의 범위와 회전속도를 부하(負荷 : load)에 따라 변동이 요구되는 경우에 보통 이용된다.

이러한 가스터빈은 선박과 기관차·전기발전·오일과 가스로 구동하는 기계·파이프라인과 석유화학공업에서 사용한다.
이 그룹에는 또한 연소실이 없는 그 밖의 가스터빈이 포함되고, 이 터빈은 단순히 스테이터(stator)와 로터(rotor)로 이루어지며, 이들은 그 밖의 기계나 장치(예: 가스발생기·디젤엔진·프리피스톤발전기)에 의하여 공급된 가스로부터 발생한 에너지를 이용한다. 또한 압축공기나 그 밖의 압축가스터빈을 포함한다.

[소호해설]

소호 제8411.11호와 제8411.12호
추진력(thrust)이란 초당 배기(排氣 : exhaust)되는 질량(mass) 흐름의 양을 의미하는 것이며, 배기속도(exhaust velocity)와 공기흡입 속도(air inlet velocity)와의 차이를 의미한다.

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