제트 엔진 압축기 정지란 무엇이며 어떻게 예방할 수 있습니까?

Jan 24, 2024

압축기 실속은 일반적으로 큰 소리와 관련이 있으며 엔진 배기 장치에서 화염이 나올 수 있습니다.

자동차의 엔진 정지 현상에 대해 들어보셨거나 경험해 보셨을 것입니다. 하지만 제트 엔진도 실속 현상을 겪는다는 사실을 알고 계셨나요? 이러한 실속, 보다 구체적으로 엔진 압축기 실속은 엔진 내부의 공기 흐름 불안정으로 인해 발생합니다.

제트 엔진에서 압축기의 역할은 흡입구에서 공기를 압축하는 것입니다. 이러한 압축으로 인해 공기의 압력이 증가합니다. 동시에 공기의 속도도 감소합니다. 압축기 어셈블리는 로터 블레이드와 고정자로 구성됩니다. 고정자는 각 회전자를 따릅니다. 로터는 움직이는 몸체이고 고정자는 고정되어 있습니다.

공기 흐름이 로터를 통과할 때 공기 흐름 속도가 증가하고, 고정자로 전달되면서 공기 흐름의 운동 에너지가 압력 에너지로 변환됩니다. 이는 로터 블레이드와 고정자 사이에 다양한 통로를 만들어 수행됩니다.

일반적인 제트 엔진에서 각 회전자와 고정자 쌍의 압력 상승은 약 1.1~1.2:1로 매우 작습니다. 이는 예를 들어 20:1의 압축비를 달성하려면 여러 개의 회전자와 고정자가 필요하다는 것을 의미합니다. 초기 세대 엔진에서는 이 작업이 하나의 단일 압축기 터빈 어셈블리 또는 하나의 단일 스풀에서 수행되었습니다. 이것이 그들이 종종 실속을 당하는 주된 이유 중 하나였습니다.

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실속은 어떻게 발생합니까? 압축기의 로터 블레이드는 본질적으로 날개와 같은 작은 익형입니다. 이로 인해 최적의 공격 각도에서 공기가 그 위로 흘러야 합니다. 이 각도가 너무 작거나 크면 블레이드가 더 이상 엔진 내부의 원활한 공기 흐름을 유지할 수 없습니다. 로터의 받음각은 압축기의 RPM과 공기 흐름의 축 속도에 의해 생성됩니다..

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제트 엔진(특히 단일 스풀을 사용하는 엔진)에는 매우 높은 RPM에서 최고의 성능을 제공하도록 고정된 로터 블레이드가 있습니다. RPM이 낮으면 블레이드에 대한 받음각이 엉망이 되고 엔진 내부의 공기 흐름이 중단됩니다. 지상에서 활주하는 동안 초기 세대 엔진이 정지하는 것은 드문 일이 아니었습니다. 이 단계에서는 엔진이 최적 RPM 이하로 작동하기 때문입니다.

실제로 어떻게 작동하는지에 대한 예를 제공하기 위해 100% RPM(최적 RPM)에서 작동하는 엔진 압축기를 생각해 볼 수 있습니다. 이 조건에서는 20:1의 압축비로 공기를 압축할 수 있습니다.

이는 공기가 압축기 어셈블리를 통해 흐르면서 부피가 점점 작아진다는 것을 의미합니다. 나오자마자 20:1로 압축되어 나옵니다. 이 시나리오에서는 블레이드가 100% RPM으로 작동하도록 최적화되어 있기 때문에 로터는 최적의 받음각을 얻을 수 있고 엔진 내부의 공기 흐름은 원활하게 유지됩니다.

이제 엔진의 RPM을 약 50%로 줄인다고 가정해 보겠습니다. 이는 압축기 어셈블리의 속도를 감소시키며, 여기에 유입되는 공기는 더 이상 20:1로 압축되지 않고 약 8:1로 압축됩니다. 이 경우 더 많은 양의 공기가 더 빠른 속도 또는 더 높은 축 속도로 압축기를 통과합니다.

이로 인해 블레이드의 받음각이 엉망이 되고 엔진 내부의 공기 흐름이 중단됩니다. 마찬가지로 엔진이 설계 RPM보다 높은 RPM(예: 110%)에서 작동하도록 허용되면 공기 흐름이 더 압축됩니다.

이로 인해 더 높은 축 속도로 압축기 드럼을 통과하여 로터의 받음각이 최적 이상으로 올라가고 공기 흐름이 중단되어 압축기 실속이 발생합니다.

실속 자체는 공기 흐름의 부분적인 고장입니다. 엔진 내부의 공기 흐름이 완전히 중단되는 경우를 엔진 서지라고 합니다. 조종사는 서지 발생을 방지하기 위해 실속 상황에 즉각적으로 반응해야 합니다.

설정된 대로 블레이드 위의 공기 흐름이 최적 각도보다 낮거나 높을 때마다 공기 흐름이 중단되어 압축기가 정지하게 됩니다. 여기서는 압축기 정지로 이어질 수 있는 몇 가지 조건을 살펴보겠습니다.