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제안 방법
- 가스터빈에 적용되는 압축기는 일반적으로 압력비가 높은 대신 임펠러직경이 상대적으로 큰 원심형 압축기와 압력비가 작은 대신 엔진 전방면적을 최소화할 수 있는 축류형 압축기로 크게 구분되는 반면, 본 초소형엔진에서는 최소의 전방면적으로 최대한의 압력비와 유량을 구현할 수 있는 사류형압축기(Mixed Flow Compressor)를 국내 최초로 설계, 적용하였다. 이를 통해 185 mm라는 최소한의 엔진직경을 가짐과 동시에 1단으로 5:1이라는 고압력비를 실현하였다.
- 기존의 고가 서보밸브 등을 이용한 연료시스템 대신 저가, 경량을 구현할 수 있는 펄스폭변조 연료제어방식을 도입하였다. Fig.
- 초소형엔진 설계 시, 작은 엔진 직경의 한계를 극복하기 위하여 사류형 압축기를 채택, 압력비와 최소직경을 동시에 만족시켰다. 또한 엔진무게 및 크기를 최소화하고 시스템이 간단하면서도 신뢰성을 가질 수 있도록 펄스폭변조 연료제어와 연료를 이용하여 베어링윤활을 함으로써 별도의 윤활장치가 필요 없는 연료윤활 방식을 적용하였다. Fig.
- 상기와 같은 연구결과물을 바탕으로 시제엔진을 설계, 제작하여 점화시험 및 지상정지조건에서의 성능 시험을 수행하였으며, 또한 고도에서의 시동 및 운용 시험도 성공적으로 수행하였다. Fig.
- 추력 150 lbf를 가지는 고성능 초소형 터보제트엔진을 설계하고 시제 엔진의 제작 및 시험을 성공적으로 수행하였다. 소형, 저가를 구현하기 위해 새로운 기술을 개발, 적용하여 그 타당성을 입증하였으며, 터보제트엔진 개발에 있어 중요한 방향과 기준을 제시하였다.
- 엔진의 회전축에서 발생하는 원심력을 이용하여 연료를 분사, 연소시키는 슬링거 연소기를 채택하여 연료노즐 관련 부품을 단순화함으로써 엔진 무게와 제작 비용을 감소시켰다. 최대 40,000 rpm에서의 회전연료노즐 분무시험을 실시하여 연소에 적합한 액적크기를 가지는 연료노즐을 도출하였으며, 리그 시험을 통하여 압력손실 11.
- 최대추력 및 비연료소모율은 동급 엔진 중 가장 뛰어난 성능 수준인 반면, 크기는 동급 엔진 중에서 가장 작게 설계되어 엔진 효율을 극대화할 수 있도록 설계되었다. 운용고도 30,000 ft를 달성하기 위하여 파이로 점화기 및 산소보조시동장치를 적용하였으며, -40 ℃의 저온환경에서 충분한 신뢰성을 가질 수 있도록 보기 시스템을 설계하였다.
- 윤활유를 소모하거나 순환시키는 방식이 아닌, 연료를 윤활유로 사용하는 연료윤활(Fuel Lubrication) 시스템을 적용함으로써 엔진의 소형화, 경량화, 저가화를 달성하였다. 이를 위해 연료탱크로부터 나오는 연료유량 중 일부 연료를 전후방 베어링에 공급하였으며, 베어링의 발화 가능성을 최소화할 수 있는 이차유로 설계를 수행하였다.
- 윤활유를 소모하거나 순환시키는 방식이 아닌, 연료를 윤활유로 사용하는 연료윤활(Fuel Lubrication) 시스템을 적용함으로써 엔진의 소형화, 경량화, 저가화를 달성하였다. 이를 위해 연료탱크로부터 나오는 연료유량 중 일부 연료를 전후방 베어링에 공급하였으며, 베어링의 발화 가능성을 최소화할 수 있는 이차유로 설계를 수행하였다.
- 초소형엔진 설계 시, 작은 엔진 직경의 한계를 극복하기 위하여 사류형 압축기를 채택, 압력비와 최소직경을 동시에 만족시켰다. 또한 엔진무게 및 크기를 최소화하고 시스템이 간단하면서도 신뢰성을 가질 수 있도록 펄스폭변조 연료제어와 연료를 이용하여 베어링윤활을 함으로써 별도의 윤활장치가 필요 없는 연료윤활 방식을 적용하였다.
- 초소형엔진은 추력 150lbf, 비연료소모율 1.3 lb/hr/lbf 이하, 최대속도 Mn 0.85, 운용고도 30,000ft를 목표로 하고 있으며, 이를 위해 사류형압축기(Mixed Compresor), 초소형 슬링거 연소기(Slinger Combustor), PWM 연료제어시스템(Pulse Width Modulation Fuel Control System), 연료윤활시스템(Fuel Lubrication System) 등 국내에서 최초로 적용되는 가스터빈 요소기술을 다수 적용하였다.
- Table 2에 본 엔진의 성능 및 설계목표를 보였다. 최대추력 및 비연료소모율은 동급 엔진 중 가장 뛰어난 성능 수준인 반면, 크기는 동급 엔진 중에서 가장 작게 설계되어 엔진 효율을 극대화할 수 있도록 설계되었다. 운용고도 30,000 ft를 달성하기 위하여 파이로 점화기 및 산소보조시동장치를 적용하였으며, -40 ℃의 저온환경에서 충분한 신뢰성을 가질 수 있도록 보기 시스템을 설계하였다.
- 추력 150 lbf를 가지는 고성능 초소형 터보제트엔진을 설계하고 시제 엔진의 제작 및 시험을 성공적으로 수행하였다. 소형, 저가를 구현하기 위해 새로운 기술을 개발, 적용하여 그 타당성을 입증하였으며, 터보제트엔진 개발에 있어 중요한 방향과 기준을 제시하였다.
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