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항공용 가스터빈 연소기 기본 설계 프로그램 개발 : Part 2 - 공기 유량 배분
Preliminary Design Program Development for Aircraft Gas Turbine Combustors : Part 2 - Air Flow Distribution 원문보기

한국연소학회지 = Journal of the Korean Society of Combustion, v.18 no.3, 2013년, pp.61 - 67  

김대식 (강릉원주대학교 기계자동차공학부) ,  유경원 (국방과학연구소 제4본부) ,  황기영 (국방과학연구소 제4본부) ,  민성기 (국방과학연구소 제4본부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study introduces the design methods for air flow distribution at the level of preliminary design, and reviews the typical combustion process and main functions of sub-components of aircraft gas turbine combustors. There are lots of design approaches and empirical equations introduced for air fl...

주제어

#가스터빈 연소기   #기본설계   #공기 유량 배분  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 항공용 가스터빈 연소기의 기본 설계 프로그램 개발을 목적으로 하고, 기본 설계 결과물 중에서 가장 핵심적인 내용이라 할 수 있는 연소기 크기 결정 및 공기 유량 배분 중, 후자에 관한 내용을 다루고자 한다.
  • 본 연구에서는 가스터빈 연소기의 기본 설계 과정 중, 특히 연료 배분 과정에 대하여 고찰하고, 연소기에서의 연소 과정과 각 영역에서의 유동 특성에 대하여 소개하였고, 이들의 설계를 위한 각종 접근 방법 및 다양한 경험식들이 소개되었다. 이러한 다양한 경험식과 접근 방법들이 때로는 서로 유사한 결과를 보이기도 하나, 또한 많은 경우에는 설계 방법과 적용한 설계 경험식에 따라 유량 배분의 결과는 크게 달라지는 것으로 나타났다.

가설 설정

  • 위에서 열거하였던 데이터베이스를 활용하여 공기 유량 배분 결정을 위하여 가상의 소형 터보제트 환형 연소기에 대하여 임의의 연소기 입출구 조건을 가정하였고, 그 주요값은 Table 2와 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가스터빈의 연소기는 어떤 구성요소인가? 항공용 가스터빈은 대상 엔진의 적용 분야 및 사용 목적에 따라 다양한 설계 요구 조건이 존재한다. 특히 연소기의 경우에 난류 혼합 유동, 복잡한 화학반응, 연료 분무, 비정상 다차원 열전달 등 가스터빈의 부품 중 가장 복잡한 물리 현상이 발생하는 구성요소로 여겨진다. 따라서 다른 가스터빈의 구성품과 비교하여 더욱 복잡하고, 다양한 설계 제한 사항들이 존재하게 된다.
기본 설계과정이 연소기 설계에 중요한 이유는 무엇인가? 상기한 요구 조건을 모두 만족시키는 연소기를 개발하는 것은 매우 어려운 과제일뿐더러, 막대한 시간과 비용의 지출이 불가피하게 된다. 이러한 비용 및 시간 손실을 최소화하기 위해서는 연소기 개발 첫 단계인 기본 설계(preliminary design) 과정에서의 최적의 결과물 도출이 매우 중요하다[1-3]. 기본 설계란 연소기의 성능 해석 결과 및 제한 조건을 만족시키는 범위 내에서 연소기의 전체 형상 및 연소기 주요 구성 요소들(예, 디퓨저, 라이너, dome 등)의 종류 및 크기를 결정하는 단계이다(세부 가스터빈 연소기 개발 과정에 대한 정보는 저자들의 참고문헌[2-7] 참고).
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참고문헌 (13)

  1. Burrus, D. L., et al., "Energy efficient engine(E3) - Combustor test hardware detailed design report", NASA Report, NASA-CR-168301, 1984. 

  2. Tietz, S., et al., "Development and application of a pre-design tool for aero-engine combustors", CEAS Aeronaut Journal, Vol.2, pp.111-123, 2011. 

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  3. 김대식 등, "가스터빈 연소기 기본 설계 기법 소개", 제 46회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집(2013 년도 춘계학술대회), pp. 25-26, 2013. 

  4. Lefebvre, A. H., et al., "Gas Turbine Combustion", 3rd edition, CRC Press 2010, ISBN 978-1-4200- 8604-1. 

  5. Mellor, A. M., "Design of Modern Turbine Combustors", Academic Pres 1990, ISBN 0-12-4900 55-0. 

  6. Rolls-Royce, "The Jet Engine", Rolls-Royce plc 2005, ISBN 0-902121-2-35. 

  7. Mattingly, J. D., et al., "Aircraft engine design", 2nd edition, AIAA 2002, ISBN 1-56347-538-3. 

  8. Gouws, J. J., "Combining an one-dimensional empirical and network solver with computational fluid dynamics to investigate possible modifications to a commercial gas turbine combustor", Master thesis, U. of Pretoria, 2007 

  9. Singh, R., et al., "Lecture notes of gas turbine combustion", Cranfield University, 2013 

  10. Skidmore, F. W., "Smoke emission tests on series II and Series III allison T56 turboprop engines", ARL Aero-Prop-TM-438, 1986 

  11. Walsh, P., "Gas turbine performance", 2nd edition, Blackwell publishing 2004, ISBN 0-7918-0211-6. 

  12. Oates, G. C., "Aircraft Propulsion Systems Technology and Design", AIAA Education Series, 1989 

  13. Gosselin, P., "Prediction of wall heat transfer for a gas turbine combustor", J. of Power and Energy, vol. 213, pp. 169-180, 1999 

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