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가스터빈의 종류와 특징

1.가스터빈엔진의 개요가스터빈엔진은 열역학적 사이클에 의해서 작동하는 기계장치로서 가스 상태의 작동유체를 압축 및 팽창하는 과정에서 동력을 연속적으로 얻어내는 엔진이다. 연속적인 작동 조건이라는 조건은 가스터빈엔진이 왕복기계나 등용적 연소 사이클을 사용하지 않는다는 것을 자동적으로 의미하며 회전식 부품이 주요구성요소가 된다는 것을 내포한다. 주요구성부품에 왕복운동이 없기 때문에 피스톤-실린더와 같은 상호 마찰부분이 없어서 윤활유의 소비가 극히 적으며 왕복운동기계의 특징인 진동이 대폭 감소되고, 고속운동이 가능하다. 가스터빈엔진은 회전운동과 압축성가스에 의해서 움직이기 때문에 형태가 원주형으로 제작이 가능하고, 원주운동에 필요한 거리가 필요 없기 때문에 크기가 줄어든다. 또한 터빈은 압축된 가스의 팽창에 의해서 작동하기 때문에 부하의 변화에 대한 반응이 빠르다. 이러한 장점 때문에 가스터빈엔진은 항공기의 동력기관으로 아주 적합하며, 선박용 엔진과 산업용에도 그 응용이 증가하고 있다.2.가스터빈기관의 작동원리정의 가스터빈이란 보일러에서 공급받은 고온의 증기를 작동유체로 사용하는 증기터빈과 달리 연소기에서 가열된 고온고압의 가스를 팽창시켜서 회전기계 에너지를 축출하여 그 힘으로 압축기와 발전기 축을 돌리게 하거나 가용 동력은 사용케 하는 기구이다. 즉 터빈을 쉽게 표현하면 작동원리나 형태에 있어서 압축기의 역이라 할 수 있다.3.가스터빈기관의 장점과 단점①장점ⓐ연소가 연속적으로 진행되기 때문에 기관의 추력이 증가ⓑ왕복 부분이 없으므로 진동이 적고 높은 회전수를 얻을 수 있다ⓒ추운 기후에서도 시동이 용이하고 윤활유 소모가 적다ⓓ저급 연료 사용이 가능하다ⓔ고속비행이 가능하다②단점ⓐ연료 소모량이 많다ⓑ소음이 심하다4.가스터빈기관의 분류①압축기의 종류에 따른 분류ⓐ원심식 압축기 기관ⓑ축류식 압축기 기관ⓒ원심-축류식 압축기 기관②출력 발생 방법에 따른 분류ⓐ터보 제트 기관ⓑ터보 팬 기관ⓒ터보 샤프트 기관ⓓ터보 프롭 기관●터보 제트 엔진터보 제트 엔진의 원리는 크게 보면 뉴턴의 제 3법칙을 따른다. 엔진이 공기를 흡입하여 이를 연소실에서 가속을 시키고 노즐에서 압력에너지를 속도에너지로 변환시켜주어 추력을 얻는다. 구성은 공기흡입구, 압축기, 연소실, 터빈, 그리고 노즐로 이루어져 있다.공기흡입구는 블레이드가 있어서 흡입되는 공기를 압축하는 역할을 한다. 즉, 압축기와 같이 공기흡입구도 공기의 속도에너지를 압력에너지로 바꿔주는 역할을 한다.압축기의 역할은 속도에너지를 압력에너지로 변환시켜주는 역할이다. 구조상으로는 압축기는 확대되는 구조를 갖는 디퓨저이다. 하지만 단면적의 변화만으로는 원하는 매우 높은 압력에너지를 얻는 것은 거의 불가능하다. 따라서 압축기는 터빈에서 일을 받아 회전하는 로터(rotor)와 회전하지 않고 고정되어 있는 스테이터(stator)로 구성되어 있다.(* 주의 : 압축기에서 속도에너지가 압력에너지로 전환되는 현상을 설명할 때, 보통 베르누이 방정식을 많이 이용하는데, 이는 완벽히 잘못된 생각이며 틀린 설명이다. 베르누이 방정식은 정상상태, 유선을 따르는 유동, 마찰이 없는 유동, 그리고 마지막으로 가장 중요한 비압축성 유동일 경우에만 사용 가능하다. 하지만, 압축기는 공기를 압축하는 과정이다. 즉, 압축성 유동이므로 베르누이 방정식을 이용하여 압축기 원리를 설명하면 안 된다)연소기는 공기가 공기흡입구와 압축기를 지나면 연소기에서 연료를 분사시키고 점화과정을 통해 에너지를 얻게 된다. 이 에너지를 이용하여 추력을 얻게 된다.터빈은 구조상으로 보면 단면적이 약간 커지는 디퓨저 역할을 할 것처럼 보이지만, 실제로는 블레이드로 토크를 얻고 이를 축으로 연결된 압축기로 전달하는 열학을 한다. 이 축을 샤프트 또는 스풀이라 하며 축의 개수에 따라 고압압축기, 저압압축기로 나뉜다. 터빈의 블레이드 방향은 압축기의 로터의 방향과 반대이다.마지막으로 터빈을 통과한 공기는 압력에너지가 상당히 높은 상태이다. 이제 노즐을 통과하면서 압력에너지가 속도에너지로 전환이 되고 추력을 얻어 엔진은 전진 힘을 받는다. 노즐의 종류로는 수축노즐, 수축확대노즐, 가변노즐 등이있다.●터보 팬 엔진[저 바이패스비의 터보 팬 엔진][고 바이패스비의 터보 팬 엔진]가장 널리 사용되는 엔진으로 터보제트엔진과 터보프롭엔진의 절충 성능을 발휘하도록 만든 엔진이다. 즉, 터보제트의 순항속도와 터보프롭의 단거리 이륙이 가능하다.터보팬엔진의 핵심은 바이패스 공기인데, 바이패스 공기란 팬을 지나 엔진 바깥으로 흐르는 공기를 말한다.크게 저 바이패스 엔진과 고 바이패스 엔진으로 나뉘는데, 저 바이패스 엔진은 전투기에서 주로 쓰는 엔진이며, 팬의 직경이 작아 저항이 작기 때문에 전투기에서 사용한다.여객기 엔진 같은 경우 팬이 워낙 크기 때문에 엔진을 하나의 통 속에 넣는 게 불가능하나, 저 바이패스 엔진은 팬의 직경이 작기 때문에 한 통 속에 넣을 수 있다. 이 통을 덕트라 하는데, 한 덕트 속에 들어 있으면 바이패스 공기가 공기와의 마찰에 의해 손실 되지 않고, 배기 출구에서 배기가스와 혼합되어 효율을 높이며, 희석되어 소음도 줄어든다는 장점이 있다. 더군다나 전투기에서 초음속 비행을 위한 후기연소기(After Burner)의 효율을 높이는데도 큰 도움이 된다.고 바이패스엔진은 여객기 등에서 사용하는 엔진이며, 팬의 직경이 매우 크기 때문에 바이패스 공기가 아주 많다. 이를 바이패스 비(By-pass Ratio)로 나타내면 적게는 4:1에서 많게는 30:1정도 된다. 이 바이패스 공기는 전체 추력의 무려 80%를 차지할 정도로 큰 비중을 담당한다. 그러나 팬의 직경이 매우 크기 때문에 덕트로 엔진을 덮게되면 그에 따른 중량이 커지기 때문에 턱트 속에 넣을 수가 없게 되어, 팬을 덮개로 덮는데 그 덮개를 카울이라 한다.이 인젠은 연료경제성이 매우 우수하다. 그 이유는 팬에 의해 전체 공기유량이 많아졌고, 엔진 배기가스의 소용돌이가 바이패스 기류에 의해 줄어들어 손실이 감소되기 때문이다. 또한 이런 손실의 감소는 팬을 구동시키는 동력을 더 커지게 하는 결과를 가져옴으로써 추진효율과 열역학적 효율을 상당히 증가시킬 수 있다.현대에 들어 터보팬엔진의 바이패스에 관현 연구가 활발히 진행되었고, 그 결과 바이패스비가 무려 9:1이나 되는 초고 바이패스(Very High By-pass)터보팬이 개발되었다.●터보 샤프트 엔진터보 샤프트 엔진은 주로 헬리콥터나 탱크 등에서 사용하는 엔진이다. 이 두 기계가 모두 과거에는 피스톤 엔진을 사용했었으나, 피스톤 엔진의 경우 추력 대비 중량비가 1:1 즉 엔진의 무게가 1톤이라면 그 추력도 1톤밖에 되지 않았다. 그러나 터보 샤프트 엔진은 무려 5:1이기 때문에 1톤의 무게로 5톤의 추력을 만들어 낼 수 있었다. 이러한 것이 무게와 출력에 민감한 헬기 등에 사용하는 이유이다.엔진에서 만들어진 에너지 중 2/3는 엔진의 압축기 등을 구동시키는 데 모두 사용되어져 버린다. 나머지 1/3로 축(헬기 날개를 돌리는 구동 축)을 회전시킨다. 축 까지 회전시키고 나면 배기가스의 추력은 전체의 5%도 되지 않는다.

공학/기술| 2014.06.05| 5페이지| 1,000원| 조회(1,256)

가스터빈, 터보제트, 터빈기관, 터빈엔진, 터보팬, 터보프롭, 터보샤프트, 가스터어빈

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자이로 계기 평가A+최고예요

자이로 계기1.자이로의 원리한 점이 고정되어 있는 축 주위를 회전하는 것을 팽이라 하며 그 고정점이 회전체의 중심인 것을 자이로스코프(gyroscope) 줄여서 자이로(gyro)라 한다. 회전체가 3축에 대해 모두 자유롭게 움직일 수 있으면 자유도가 3인 3축 자이로이며 정침의(directional gyro)와 인공 수평의(gyro horizon 또는 vertical gyro)에 사용된다. 3축 중 한 축이 고정된 자이로를 자유도가 2인 2축 자이로라 하며 선회계(turn indicator)에 사용한다.자이로는 강직성과 섭동성 그리고 편위라는 특수한 성질이 있으며 이러한 성질을 자이로 계기에 응용하였다.1-1.강직성(Rigidity)자이로는 외력이 가해지지 않으면 자이로 회전자 축은 우주 공간에 대하여 계속 일정 방향으로 유지하려는 성질을 가진다. 이러한 성질을 강직성이라 하는데 자이로 회전자의 질량이 클수록, 자이로 회전자의 회전이 빠를수록 강하다. 강직성은 지구의 자전 때문에 생기는 현상이다.1-2.섭동성(Precession)섭동성이란 자이로에 외부의 힘이 주어졌을 때 반응으로써 기울임 혹은 회전 등을 말한다. 그런데 이 반응은 외부의 힘이 주어진 그 지점에서 발생하는 것이 아니라, 회전방향으로 90도 지난 지점에서 발생한다. 이런 원리를 통해, 항공기가 방향을 바꿀 때 생성되는 힘의 양을 측정하여 선회율을 알아맞히는 데 사용할 수 있다.자전거의 예에서도 이 원리를 찾을 수 있다. 자전거가 일정한 속도 이상으로 달린다면, 굳이 핸들을 어느 한쪽으로 돌리지 않아도 몸을 어느 한쪽으로 살짝 기울임으로써 자전거의 진행방향을 바꿀 수 있을 것이다. 만일 달리는 자전거를 우측에서 바라보고 있고 자전거 바퀴가 시계방향으로 회전하고 있다고 하자. 자전거를 탄 사람이 몸을 좌측으로 살짝 기울인다면, 회전하는 자전거 바퀴의 윗부분에 대해 좌측으로 미는 힘을 제공하는 것이고, 결국 90도를 회전하고 난 지점인 자전거 바퀴의 앞부분에서 좌측으로 밀리는 힘의 결과가 발생할 것이다. 이로 인해 자전거가 좌측으로 방향을 틀 수 있는 것이다.1-3.편위(Drift)편위는 자이로가 지구의 중력에 관계없이 자세를 유지하기 때문에, 지구의 자전에 의 한 지구의 한 기준 축과 각 변위가 생기는데 이것을 말한다. 이론적으로는 24시간 동안 360˚, 죽 1시간에 15˚씩 기울어지는데, 이것은 어떠한 방법으로든지 수정을 해야 한다. 또, 자이로 회전자의 불평형과 마찰 등의 원인으로 섭동을 일으키게 되어 자세가 변위되는 현상이 생기는데, 이것도 편위에 포함된다.2.자이로 회전자의 동력원강직성과 섭동성을 나타내려면 자이로회전자는 고속으로 계속 회전해야 하는데, 자이로 회전자의 회전 동력원으로는 진공 계통, 공기압 계통, 전기 계통 등이 있다.2-1.진공 계통(Vacuum System)(1)벤튜리 계통(Venturi tube) - 벤튜리 관 목 부분의 부압을 이용하여 공기를 배출시킨다. 동력이 필요하지 않다는 장점이 있지만 벤튜리 관이 직접 외부공기와 닿기 때문에 결빙의 우려가 있다.(2)진공 펌프 계통(Vacuum pump) - 기관에 의해 구동되는 베인식 진공 펌프에 의해서 진공압을 얻는다. 진공 계통의 압력은 압력릴리프 밸브에 의해 4±0.25˝[Hg]로 조절되며 선회 경사계는 흐름 제한기에 의해 2±0.1˝[Hg]에 맞춰진다.벤튜리관은 글라이더나 소형기에 사용되고 진공 펌프는 중형기에 사용되었으나, 현재에는 소형기와 중형기에서도 거의 진공 펌프가 사용되고 대형기에는 전기 계통이 사용된다.2-2.공기압 계통18,000[ft] 이상의 상공에서는 자이로 로터를 회전시키는 공기의 질량이 충분하지 못하여 진공압 계통으로는 로터의 구동이 어렵다. 따라서 공기압 펌프를 사용하여 대기압보다 높은 압력으로 자이로의 회전자를 회전시킨다. 공기압 계통이 진공 계통보다 효율적이다.2-3.전기 계통고도와 무관하게 사용할 수 있는 전기구동식은 자이로 계기의 중요성이 커짐에 따라 쉽게 읽을 수 있고 자립 특성이 좋으며 오차가 적고 높은 고도에서도 효과적이기 때문에 현재 많이 사용되고 있다.3.자이로 계기의 종류3-1.방향 자이로 지시계(Directional Gyro Indicator)방향 자이로 지시계는 자이로 회전자의 회전축이 항공기 기수 방향에 수평으로 놓여 있는 3축 자이로로써 강직성을 이용하여 항공기의 기수 방위와 선회 비행을 할 때에 정확한 선회각을 지시하는 계기이다. 자기 컴퍼스의 자차, 북선 오차 등에 의한 불편을 없애기 위하여 개발된 것이며 플럭스 밸브와 같은 장치와연결하여 원격지시 컴퍼스로 발전하게 된다.방향 자이로 지시계는 자이로의 성질만을 이용하므로 자기 컴퍼스와 같은 복각이다 자차의 영향은 없으나 회전축은 우주공간에 대하여 일정한 방향을 유지하므로 계기는 계기 내부의 마찰 등에 의한 영향과 지구 자전 등의 영향에 의한 편위가 발생한다. 따라서 시간에 따라 오차가 커지므로 자기 컴퍼스를 기준으로 하여 15분마다 지시 값을 수정해야 한다.방향 자이로 지시계의 구조는 360˚ 전 방위에 대한 눈금이 표시되어 있는 눈금카드, 3축 자이로와 짐벌, 기준선이 표시된 케이스, 계기의 앞면에는 케이싱 노브(Knob)가 있어, 이것을 누르면 수평 짐벌이 고정되어 섭동현상을 방지할 수 있다. 노브를 돌리면 케이스 내부의 자이로 전체가 회전하여 눈금 값을 다시 맞출 수 있고, 이 맞춤이 끝나면 다시 노브를 잡아당겨 계기가 정상 작동을 하도록 한다. 또한 중요한 부품 중 자이로 회전축이 항상 기체 축과 수평이 유지될 수 있도록 해주는 공기구동 또는 전기구동 자립장치가 있다.3-2.자이로 수평 지시계(Gyro Horizon, Vertical Gyro)자이로 수평 지시계는 ‘인공수평의’ (artificial horizon indicator) 또는 줄여서 ‘수평의’라고 부르는 3축 자이로로서, 항공기 기수 방향에 대하여 수직인 자이로 축을 가지고 있다. 정확히 말하면 지구 수평면과 수직인 축을 회전하는 자이로를 가진다. 자이로의 특징 중에 공간에 대한 강직성과 섭동을 이용한 직립 장치를 사용하여 자이로의 회전축이 언제나 지구 중심을 향하게 함으로써 항공기의 지구 표면에 대한 자세, 즉 피치와 경사를 알 수 있게 하는 계기이다.자이로 로터를 구동시키며 회전축이 지구중심을 향하도록 하는 방법에 따라 그 방법이 4±0.25˝[Hg]의 진공압을 사용하면 자이로 수평(gyro horizon)이라 하며, 115[V] 400[Hz]의 교류전원을 사용하는 전기구동식인 경우는 자이로 수직(vertical gyro)라 한다. EH한 자세를 나타내기 때문에 자세 자이로(attitude gyro)라고도 한다. 자이로 수평 지시계는 충분히 신뢰할 만하며 계기판에 붙어있는 비행관련 계기들 중에서 가장 사실적인 계기이다. 자이로 수평 지시계의 자세 지시는 실제 항공기의 자세와 매우 근접하게 나타난다.

공학/기술| 2013.11.21| 5페이지| 1,000원| 조회(1,427)

자이로스코프, 자이로, 자이로 계기, 자이로계기

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액량 및 유량 계기

액량 및 유량계기1.액량계기(Quantity Gage)액량계기는 항공기에 탑재되는 연료, 윤활유, 작동유 등의 양을 부피나 무겔로 측정하여 지시하는 계기로서, 액량을 부피로 나타낼 때에는 갤런으로 표시하고, 무게로 나타낼 때에는 파운드로 표시한다.부피는 항공기의 고도와 외부 온도에 따라 그 영향이 심하므로, 무게 단위로 측정하여 표시하는 것이 높은 고도를 비행하는 항공기에서는 특히 유리하다.2.액량계의 종류2-1.직독식 액량계(1)사이트 글라스 식(sight glass gage) - 사이트 글라스를 통하여 액량을 읽는 것이다. 이것은 유리관의 안지름이 가늘기 때문에 액의 표면 장력과 모세관 현상 등으로 오차가 생길 수 있다. 비여압 레저버 내의 작동유량을 나타낼 때 사용하는 방법이다.(2)부자식 액량계(float type) - 액면의 높이 변화에 따라 부자가 상하 운동을 하면, 이에 따라 레버를 거쳐 직접 지시계기의 바늘이 움직이도록 하는 방법이다. 부자의 운동을 셀신 또는 전위차계 등을 이용하여 원격 지시하는 원격 지시식이 사용되기도 한다. 이 방법은 왕복 기관 항공기에서 가장 많이 쓰이고 있으며 액면의 높이를 부피로 나타낸다. 원격지시 방식의 부자식 액량계의 경우 부자의 높낮이에 따른 가변 저항값의 변화에 의한 전류량의 변화를 측정하여 액량을 나타내는 액량계로서, 가변 저항값은 탱크가 가득 채워져 있을 때에 저항값이 최소가 되는 방식이 있고 최대가 되는 방식이 있다.(3)딥 스틱 식(dip stick type) - 길고 얇은 강철 와이어를 탱크에 삽입하여 유체가 묻어나오는 높이를 읽으므로 액량을 알 수 있는 계기이다. 와이어에 유면에 따른 지시눈금이 있으며 점도가 높은 유체의 액량을 알아내는데 사용한다. 소형 항공기의 오일량계로 사용한다.2-2.전기 용량식 액량계(Electric Capacitance Type)원격 지시식 액량계 중 고공을 비행하는 항공기에 적합하도록 연료의양을 부피가 아닌 무게로 지시할 수 있어 대형 항공기의 액량계로 많이 사용한다.전기 용량식 액량계는 액체의 유전율과공기의 유전율이 서로 다른 것을 이용함으로써 연료 탱크 내의 축전기의 극판 사이의 높이에 따라 전기 용량으로 연료의 부피를 측정하고, 여기에 밀도를 곱하여 무게를 지시한다. 사용 전원은 115[V], 400[Hz]의 단상 교류이며 탱크 유닛은 탱크 내의 연료량을 수감하고 보상 축전기는 연료의 양과 온도변화에 의한 전기적량을 보상시킨다.3.유량계기(Flow Meter)유량계기는 주로 연료 탱크에서 기관으로 흐르는 연료의 유량을 시간당 부피단위, 즉 GPH(gallon per hour : 3.79[L/h]), EH는 무게단위 PPH(pound per hour : 0.45[kg/h])로 지시하는 계기이다.기관이 1시간 동안 소모하는 연료의 양, 즉 기관에 공급되는 연료파이프 내를 흐르는 유량률(rate of flow)을 부피의 단위 또는 무게의 단위로 지시한다.이 계기는 오토신 또는 마그네신의 원리를 이용하여 원격으로 지시하는데, 그 종류에는 차압식과 베인, 동기 전동기식 유량계가 있다.3-1.차압식 유량계(Differential Pressure Type Flow Meter)액체가 통과하는 튜브의 중간에 오리피스를 설치하여 액체의 흐름이 있을 때에는 오리피스의 앞부분과 뒷부분에 압력차가 발생한다. 이 때, 액체의 성질과 오리피스의 모양이 일정할 경우에 유량은 압력차의 제곱근에 비례하므로 압력차를 측정함으로써 유량을 알 수 있다.3-2.베인식 유량계(Vane Type Flow Meter)유량계 입구를 통하여 연료의 흐름이 있을 때에는 베인은 연료의 질량과 속도에 비례하는 동압을 받아 회전하게 된다. 이 때 베인의 각 변위를 오토신의 변환기에 의하여 전기 신호로 바꾸어 지시계에 전달함으로써 유량을 지시한다. 만일, 베인이 고장이 나서 움직이지 않을 때에는 바이패스 밸브가 열려, 유량이 측정되지 않더라도 연료는 바로 기관으로 보낼 수 있도록 되어 있다3-3.동기 전동기식 유량계(Synchronous Motor Flow Meter)연료의 유량이 많은 제트기관에 사용되는 질량 유량계로서, 연료에 일정한 각속도를 준다. 이때의 각 운동량을 측정하여 연료의 유량을 무게의 단위로 지시할 수 있다.이것의 작동원리는 임펠러를 전기 전동기에 의하여 일정한 속도로 회전시키면 연료는 임펠러를 지나서 일정하게 각속도 운동을 하게 된다. 이 때, 임펠러를 떠나는 연료의 각 운동량은 회전 속도가 일정하므로 유량에만 비례하며 이 각 운동량을 가진 연료가 터빈을 지나면서 터빈에 회전력을 가해준다. 이때의 회전력을 나선형 스프링의 힘과 평행시켜 터빈의 각 변위량을 오토신이나 마그네신을 이용하여 지시계에 원격으로 전달한다.

공학/기술| 2013.11.21| 5페이지| 1,000원| 조회(879)

액량 계기, 유량계기, 액량계기, 유량 계기

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왕복기관의 연료계통

왕복엔진의 연료계통●연료계통연료계통은 지상과 공중작동의 모든 조건에서 엔진에 정확한 양의 연료를 공급하는 역할을 수행한다.연료라인은 어떠한 작동 하에서도 최대로 필요한 양의 연료가 흐를 수 있는 치수이어야 하며 증기의 축척이나 그로 인한 증기 폐색의 원인이 될 수 있는 급격한 만곡이 없어야 하고 가능한 한 엔진의 고온부를 피하여야 한다.더 나아가서 어떤 작동조건에 요구되는 추력을 얻기 위해 내려지는 지시에 출력의 증가와 감소가 가능해야 한다. 또한 어떤 엔진으로의 연료를 차단하고 연료의 흐름을 막을 수 있는 밸브가 있어야 한다. 이러한 밸브는 조종사 근처에 있어야만 한다.연료 탱크에는 탱크 밑바닥에 축적되는 물과 먼지를 제거할 수 있는 드레인과 섬프가 있어야 한다. 탱크는 연료의 흐름을 제한하고 나아가서 엔진이 정지되는 원인이 되는 저압력 발생을 방지하기 위한 정압 통기 계통을 가진 통가기구 있어야 한다. 연료 탱크는 장동 중 가해지는 모든 하중을 결함 없이 견디어야 한다. 또한 연료의 위치변동에 따라 항공기 평형에 영향을 미치게 설계 되었다면 탱크 내부에 배플이 있어야 한다. 이것은 주로 연료의 무게가 갑자기 이동함으로써 항공기 조종에 곤란을 줄 수 있는 날개 탱크에 적용된다. 또한 배플은 증기폐색의 원인이 될 수 있는 연료 출렁거림을 방지한다.연료계통의 주요 구성품에는 연료 탱크, 연료 승압 펌프(boost pump), 연료 여과기(fuel strainer)와 주 여과기(main strainer), 드레인 밸브(drain valve), 기화기 등이 있다.●연료계통의 주요 구성품1.연료탱크(Fuel tank)연료탱크는 주 날개 속에 있다. 주 날개 안에 들어갈 만한 장소가 있어서가 아니라 그럴만한 이유가 있기 때문이다. 사람이나 화물은 동체부분에 싣는다. 만일 한 명의 무게를 60 kg로 하면 Boeing 747-400D의 경우 설계상 569명 탈 수 있으므로 34,140 kg이 된다. 더욱이 동체에는 자체 무게도 있고 별도로 화물도 싣기 때문에 그 모든 것을 떠받칠 만큼의 양력을 주 날개에 발생시켜야 비행기가 날 수 있게 된다. 주 날개에 양력이라는 큰 힘이 위를 향하고 있고, 동체 부분에는 아래로 향한 중력이 일어나므로 주 날개 부근에 상당한 부하가 걸리게 되는데 만일 연료탱크마저 동체에 넣는다면 주 날개부근의 부하는 더욱 커지는 것이 된다.만약 날개가 엄청난 부하에 견딜 수 없어 파손이라도 되어 버리면 그야말로 대사고가 된다. 엔진과 마찬가지로 비행기는 날개도 빠트릴 수 없는 생명이기 때문에 이곳에 연료를 넣음으로 인해서 날개에 걸리는 부하를 줄일 수 있다. 주 날개에 넣으면 이곳에 양력이 크게 걸려도 연료의 무게만큼 상쇄될 수 있는 것이다. 이러한 구조상의 이유로 항공기는 날개 안에 연료 탱크를 넣어 두고 있다.연료의 적재량은 목적지까지의 거리에 비례하지만 항공기에는 법정연료라는 제도가 있어 반드시 일정량 이상의 연료를 싣고 다녀야 하는데 연료탱크에는 용도에 따라서 주?부?보조탱크로, 또 구조면으로는 일체형 및 셀 탱크 등으로 분류한다. 연료 탱크는 대부분이 주 날개 속에 장착되어 있는데 그 구조형식으로 볼 때 일체형탱크(integral tank)와 셀 탱크(cell tank) 등 두 가지 형태가 있다. 일체형탱크는 기체 구조물 자체가 용기로 되어 있는 것으로 주 날개의 부분에서는 전방형, 후방형, 날개 상·하판으로 둘러싸인 이른바 박스 빔(box beam) 안쪽에 누유방지 씰(seal)을 붙여 이 속에 직접 연료를 저장할 수 있게 만든 것으로 연료용량이 큰 대형기는 대부분 이 형식을 취하고 있다. 주 날개는 상자모양의 단면을 가지고 있어 박스 빔 구조로 불린다. 이 주 날개내의 박스 빔 속에 대부분의 연료가 들어간다. 셀 탱크는 주 날개나 동체 안에 합성고무제의 용기를 수납한 탱크로 주로 소형기에 많지만 DC-10이나 MD-11 동체 하부에 설치된 중앙연료탱크에도 도입되고 있다.셀 탱크는 금속 또는 내유성이 강한 고무로 만든 탱크인데 일체형탱크에 비해 구조 및 공작이 수월하며, 군용기 등에서는 탄환에 맞았을 때 자동적으로 누출이 멎어 화재의 발생, 추락 등의 위험성이 없어지는 등의 특징이 있으나, 중량이 커지고 용량이 작아지는 결점이 있다.또, 사용 목적상 각 엔진 마다 주 탱크 및 부 탱크, 혹은 보조탱크로 나누고 있다. 주?부 탱크는 주 날개 또는 동체 내부에 설치되고 보조 탱크는 항공기 본래의 항속성능의 개선 즉, 항속거리를 늘리기 위해 장착된 것으로, 주?부 탱크와 마찬가지로 날개 또는 동체 내에 장치되는 것 외에, 주익의 끝, 동체 또는 주익 아랫면에 장치되거나 매달린다. 이 경우는 미익탱크의 연료 소비량에 따라 항공기의 중심 이동량이 커지지 않도록 자동제어장치가 붙어 있어 미익탱크로부터의 연료이송을 조절하고 있다.[항공기의 연료탱크]2.연료 승압 펌프(Boost pump)중력식 공급 연료 장치는 연료가 기화기에 항상 정압으로 걸려 있기 때문에 승압 펌프를 필요로 하지 않는다. 하지만 압력식 공급 연료 장치는 연료 탱크가 기화기 또는 다른 연료 미터링 장치보다 필요한 상부에 위치할 수 없을 때 중력식 장치보다 더 큰 압력을 줄 수 있는 연료 승압펌프, 엔진 구동 펌프를 필요로 한다. 펌프 압력에 전적으로 의존하는 연료 계통에서 연료 승압 펌프는 연료 탱크의 밑부분에 위치하여야 하며 탱크의 내부와 외부에 설치할 수 있다.

공학/기술| 2013.11.19| 5페이지| 1,000원| 조회(1,117)

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충격파의 종류와 특징 평가A+최고예요

▶충격파란?초음속 흐름의 특성을 이해하기 위해서는 아음속 흐름의 특성을 다시 정리하는 것이 중요하다. 아음속 흐름에서는 공기의 압축성 효과에 관계없이 공기 흐름의 통로가 좁아지면 속도는 증가하게 되고 압력은 감소된다.한편, 초음속 흐름에서는 압축성 효과를 반드시 고려해야 하며, 아음속 흐름의 특성과는 정반대로 공기 흐름의 통로가 좁아지면 속도는 감소되고 압력은 증가된다.V1=V3>V2 , P1=P3>P2이러한 흐름의 정반대 현상은 아음속 흐름에서 초음속 흐름으로 바뀌면서 공기의 밀도, 압력, 그리고 온도의 변화가 복합적으로 일어나기 때문이다.공기가 균일하게 정상 상태로 쐐기 모양의 물체 위를 흘러갈 때 아음속 흐름과 초음속 흐름의 특성을 비교하는 데 있어 경계층의 영향은 없는 것으로 가정한다. 만일, 흐름의 속도가 음속보다 작으면, 흐르는 공기 입자들은 물체에 도달하기 전에 물체가 있는 것을 감지하기 때문에 흐름 방향을 서서히 변화하고 흐름의 성질도 점차적으로 변화하면서 유선을 따라 흐르게 된다.한편, 흐름의속도가 음속보다 빠르면 공기 입자들은 물체에 도달하기 전까지는 물체가 있는 것을 감지하지 못하기 때문에 물체 가까운 곳까지 도달한 후에 흐름 방향은 급격히 변화하게 된다. 이 흐름의 급격한 변화로 인하여 압력이 급격히 증가되고 밀도와 온도 역시 불연속적으로 증가하게 되는데 이 불연속면을 충격파(Shock wave)라 한다.여기서 충격파를 두 가지로 구분을 할 수 있는데 그 중 하나가 충격파와 마하파(Mach wave)로 구분하는 것이다.공기 중으로 전파되는 소리의 속도와 비행체의 속도 사이에 일어나는 관계를 이해하기위하여 종을 장착한 어떤 비행체의 이동 상태를 관찰해 보자. 비행체가 정지 상태에 있을 때 종을 치면 종소리는 사방으로 동일한 속도로 시간이 경과함에 따라 동일한 거리만큼씩 전파된다. 종소리는 아주 미소한 압력과 밀도의 변화를 나타내는 교란으로써, 공기 중에 음속으로 전파 된다.비행체를 이동시키면서 종을 치면 종소리의 전파 범위는 아래의 그림과 같이비행체의 앞쪽에는 가까운 거리까지만 전파되고, 뒤쪽으로는 먼 거리까지 전파된다. 비행체의 속도가 빨라질수록 비행체 앞쪽으로 전파되는 교란파 들이 밀집되고, 이로 인하여 압력은 상승되고 밀도는 증가되어 압축성 영향이 나타나게 된다.비행체의 속도가 음속보다 더 커지면 마지막 그림과 같이 원뿔꼴로 된 구역에 한하여 들리게 된다. 이렇게 비행체의 속도가 음속보다 크면 비행체에서 발생된 교란의 전파 범위가 비행 방향의 뒤쪽에 한정되는 것을 알 수 있다.마지막 그림에서 원뿔 밖은 종소리가 들리지 않는 구역, 즉 교란이 전혀 없는 구역으로서 이 구역을 고요한 구영이라 하고, 원뿔 안은 종소리가 들리는 구역, 즉 교란이 있는 구역으로서 이곳을 작용 구역이라 한다.원뿔 표면은 교요한 구역과 작용 구역 사이의 경계로 종소리가 전파되는 한계를 나타내는 면으로서, 이 면을 마하파(Mach wave), 또는 마하선(Mach line)이라 한다. 마하파는 초음속 흐름에서 미소한 교란이 전파되는 면 또는 선을 나타내며 공기 입자가 마하파를 지나면 압력과 밀도는 미소한 변화를 일으킨다.남은 하나는 수직충격파와 경사충격파로 구분하는 것이다.벽면이 점차적으로 굽어지는 곡면 위에 공기가 초음속으로 흐를 때 마하파와 충격파가 발생하게 된다. 벽면이 미소한 양만큼 꺾여지면 그 변화로 인하여 마하파가발생하며, 벽면이 조금씩 계속해서 꺾여지면 연속해서 여러 개의마하파가 발생한다. 앞쪽에서 발생한 마하파보다 뒤쪽에서 발생한 마하파의 기울기가 더 크기 때문에 이들 마하파가 벽면의 뒤쪽으로 가면 서로 겹치게 된다.벽면 가까운 구역에 있는 각 마하파의 강도는 미소하지만 벽면의 위쪽에서 많은 마하파가 겹치면 충격파를 형성하고 그 강도는 대단히 커져서 밀도, 압력, 온도 등의 급격한 증가를 나타낸다. 벽면을 서서히 변화시키는 대신 급격하게 벽면이 많이 꺾이면 벽면 가까운 구역에서는 마하파가 발생하지 못하고 꺾인 점으로부터 충격파가 발생한다. 초음속 흐름은 아래 그림과 같이 흐름의 경로가 좁아지게 되면 경사충격파(Oblique shock wave)가 발생한다. 벽면의 기울기가 급격할수록 경사 충격파의 흐름에 대한 경사각은 커지고, 결국 흐름에 대하여 수직한 상태까지 될 수 있다. 흐름에 대하여 수직인 충격파를 수직충격파(Normal shock wave)라 한다. 충격파를 지나온 공기 입자의 압력과 밀도는 증가되고 속도는 감소된다. 충격파에서 충격파의 앞쪽과 뒤쪽의 압력차가 바로 충격파의 강도를 나타낸다. 초음속 흐름에서 팽창파 같이 흐름의 단면적이 넓어지면 압력과 밀도는 감소되고 속도는 증가된다.통로가 넓어지기 시작하는 벽면의 꼭지 점에 있는 선들은 마하선을 나타내며, 마하선을 지나면서 유체 입자의 압력은 점차적으로 감소된다. 마하선의 모양이 부채꼴과 같이 생겨서 이것을 팽창선 이라고 한다.위의 그림에서 위쪽에 있는 수평선은 물체로부터 멀리 떨어져 있는 하나의 유선을 나타내며, 급격히 꺾인 벽면은 다이아몬드형 날개골의 일부로서 두 그림을 연결하면 이것은 수평으로 놓인 다이아몬드형 날개골의 위쪽에 해당된다.다음 그림은 균일하게 초음속으로 흐르는 공기 흐름 중에 다이아몬드형 날개골을 놓았을 때 날개골에 발생하는 충격파와 팽창파의 위치를 나타내고 있다.

공학/기술| 2013.11.08| 5페이지| 1,000원| 조회(1,805)

경사충격파, 마하파, 수직충격파, 팽창파

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