초록 ▼

본 연구는 지난 한ㆍ러 국제공동연구사업으로 수행된 “헬리콥터용 소형 터보 샤프트 엔진 기술개발”과 일관성 있게 연계하여 수행되었다. 지난 사업에서는 국내에서 요구될 헬리콥터의 요구출력을 선정하여 이에 부합하는 엔진을 개발하는데 목표를 두고 터보 샤프트 엔진의 기술추이를 분석, 그에 따른 데이터베이스를 구축하여 요구출력과 유사한 엔진 중 기술적 검토를 거쳐 요구출력을 낼 수 있는 개량대상엔진을 선정하였으며 이 개량대상엔진을 토대로 시스템해석에 의해 개량 가능한 핵심부품을 도출한 후 이 핵심부품의 개량 방안을 설정하여 IGV가 없이 종

본 연구는 지난 한ㆍ러 국제공동연구사업으로 수행된 “헬리콥터용 소형 터보 샤프트 엔진 기술개발”과 일관성 있게 연계하여 수행되었다. 지난 사업에서는 국내에서 요구될 헬리콥터의 요구출력을 선정하여 이에 부합하는 엔진을 개발하는데 목표를 두고 터보 샤프트 엔진의 기술추이를 분석, 그에 따른 데이터베이스를 구축하여 요구출력과 유사한 엔진 중 기술적 검토를 거쳐 요구출력을 낼 수 있는 개량대상엔진을 선정하였으며 이 개량대상엔진을 토대로 시스템해석에 의해 개량 가능한 핵심부품을 도출한 후 이 핵심부품의 개량 방안을 설정하여 IGV가 없이 종횡비(Aspect Ratio)가 낮은 2단 축류압축기의 개량을 성공적으로 수행하였으며, 개량된 2단 축류압축기와 매칭이 될 고압원심압축기의 개발을 성공적으로 완료하였다.
본 연구에서는 지난 과제에서 설계 완료된 축류-원심 압축기에 이어 KRX 엔진의 시스템해석의 결과로 주어지는 요구조건을 만족시키는 고압터빈과 저압터빈의 설계연구가 수행되었다. 또한 설계된 고압 터빈의 실험을 위한 시험기 설계/제작과 노즐 베인 열 시험을 수행하였다.
본보고서는 지난 3년 간(2000.9∼2003.8) 연구수행 결과의 최종보고서로서 개량엔진의 요구되는 출력을 얻도록 엔진핵심부품인 고압/저압 터빈의 설계 과정을 수록하였으며 노즐 베인 열시험과 고압 터빈 성능시험기 설계/제작과정을 수록하였다.

Abstract ▼

This project was performed succeeding the previous project “Development of Small Turboshaft Engine Technology for a Helicopter” which was already completed in 1998 as one project of the Korea-Russia international research program.
The previous project and this project are commonly focused on the

This project was performed succeeding the previous project “Development of Small Turboshaft Engine Technology for a Helicopter” which was already completed in 1998 as one project of the Korea-Russia international research program.
The previous project and this project are commonly focused on the development of an engine which has the appropriate power required for the potential helicopter which will be in demand in the near future.
In the previous project the trend of technology for turboshaft engine has been analyzed, and data base has been established. As a base engine for the upgrade of helicopter propulsion system, an engine which produces similar power to the requirement was selected after several steps of evaluation procedure among potential candidate engines in the world. System analysis was performed regarding the base engine to select core parts which should be redesigned for upgrading. Then, an 2 stages axial compressor and centrifugal compressor which works well matched with 2 stages axial compressor were developed successfully.
In this project, design of high and low pressure turbine which satisfy the requirement resulted from the KRX engine system analysis was performed. Besides test rig for high pressure turbine test thermal test was performed.
This report is the final report of the results which was researched during 3 years (Sep. 2000 ∼ Aug. 2003). This report include the aerodynamic and structural design process of the high pressure turbine and low pressure turbine, design and manufacture of the test rig for high pressure turbine performance test, result of nozzle vane thermal test.

목차 Contents

• 제 1 장 개 요...23
• 제 2 장 엔진 시스템 해석...24
• 제 1 절 KRX 엔진(Korea-Russia paper Engine)의 축류-원심 압축기단들의 최적 매칭 연구...24
• 1.1 KRX 엔진...24
• 1.2 KRX 엔진의 수학적 모델...26
• 1.3 축류-원심 압축기단들의 매칭...28
• 1.3.1 축류-원심 압축기단들의 시험 특성...28
• 1.3.1.1 주 엔진 요소들의 특성...28
• 1.3.1.2 엔진 설계점...29
• 1.3.1.3 블리이딩 없는 스로틀링 특성...31
• 1.3.2 축류단 출구에 블리이딩 있는 KRX 엔진...33
• 1.3.3 축류 압축기의 개선 특성과 원심 압축기의 시험 특성...34
• 제 2 절 설계점에서 사이클 변수들의 최적화...57
• 2.1 KRX 엔진의 설계점 선택...57
• 2.2 HPT와 LPT의 공력 계산에 대한 기술적 요구사양...58
• 2.2.1 고압터빈(HPT)...58
• 2.2.2 저압터빈(LPT)...61
• 제 3 절 KRX 엔진 성능에 대한 연구...66
• 3.1 스로틀링 특성...67
• 3.2 기후 특성...67
• 3.3 고도 특성...68
• 3.4 속도 특성...69
• 제 4 절 엔진 시스템 해석 결론...80
• 제 3 장 고압터빈 공력설계...122
• 제 1 절 개요...122
• 제 2 절 HPT 유동경로의 설계...124
• 제 3 절 터빈 블레이드 형상설계...126
• 제 4 절 사용된 3D 계산방법의 설명...130
• 제 5 절 터빈 유동경로에서 가스유동의 3D 계산...135
• 제 6 절 터빈의 성능 해석...147
• 제 7 절 터빈의 냉각 시스템...153
• 7.1 냉각 베인과 블레이드의 구조...153
• 7.2 냉각 베인의 온도 조건...154
• 7.3 베인의 온도 조건...154
• 7.4 블레이드의 온도 조건...154
• 제 4 장 저압터빈 공력설계...159
• 제 1 절 저압터빈 유로의 계산...159
• 제 2 절 저압터빈 동익 익형...163
• 제 3 절 저압터빈의 유로에서 3차원 유동계산...175
• 제 4 절 저압터빈 성능계산...194
• 제 5 장 고압터빈과 저압터빈 날개의 정적 강로와 피로 해석...200
• 제 1 절 고압터빈 날개의 응력해석...202
• 제 2 절 최대 정상 영역에서의 크립 해석...205
• 제 3 절 고압터빈 날개의 정적 강도...208
• 제 4 절 고압터빈 날개의 LCF(Low Cycle Fatigue) 해석...209
• 제 5 절 저압터빈 날개의 응력 해석...212
• 제 6 절 정상 최대 가스 온도 영역에서의 크립 해석...214
• 제 7 절 저압터빈 날개의 정적 강도...218
• 제 8 절 저압터빈 날개의 LCF 해석...219
• 제 9 절 결론...220
• 제 6 장 결 론...221
• 참고문헌...222
• [부록]...223
• A. 터빈 블레이드 형상 좌표...225
• B. 고압터빈 성능시험기 상세설계 도면...251
• C. 노즐 베인 열시험 시험기 상세설계 도면...263
• D. 터빈 설계 소프트웨어...279
• E. 동향조사 및 번역자료...333