I. 개요
제트 추진은 흡기 속도와 배기 속도의 차이가 클 때 더 많은 추력을 생성할 수 있습니다.
기본적으로 연소는 공기의 부피를 팽창시키는 과정입니다.
공기의 팽창은 온도에 비례하여 열효율이 증가한다는 사실은 잘 알려져 있습니다.
버너 또는 연소기는 압축기에서 고압으로 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 장치입니다.
연소는 가연성 물질이 산소와 빠르게 반응하여 열을 방출하는 화학 공정입니다.
제트 엔진 연소기는 최소한의 압력 손실로 화학 에너지를 열로 변환할 수 있어야 합니다.
동시에 오염 물질 배출을 최소화해야 합니다.
현대 수송기의 고우회 터보팬 엔진의 순항속도는 마하 0.8~0.9 사이이며, 현대 전투기의 저우회 터보팬 엔진의 순항속도는 마하 1.5~마하 2.5가 요구된다.
왕복기관에서 연소는 피스톤이라는 실린더의 밀폐된 공간으로 유입된 공기를 위로 밀어 부피를 최소화하고 압축된 상태의 연료와 공기의 혼합물로 점화시켜 폭발을 일으킨다.
연료를 실린더 내 고속 공기의 연속 흐름에 주입하고 연소하도록 함으로써 공기를 매우 높은 온도로 가열할 수 있지만 압력이 약간 떨어지는 경향이 있습니다.
연소실에 약간의 압력 강하가 있을 수 있으며, 그 효과는 팽창하는 가스의 역류를 방지하는 것이지만 설계는 기본적으로 연소 중 압력 강하를 최소화해야 합니다.
이 엔진의 또 다른 요점은 최대 온도가 유지되는지 여부입니다.
왕복 엔진에서 최대 화염 온도는 전체 사이클의 한 행정 동안 거의 순간적으로 발생하는 반면 제트 엔진에서는 최대 화염 온도가 지속적으로 유지되며 화학양론적 연료/공기 비율은 연소실의 모든 구성 요소를 녹이기에 충분합니다.
정기선, 하류에 일정 수의 죽은 사람이 있습니다.
2. 연소실 구조
버너는 단순한 화염관의 형태를 취하지만 최소한의 부피로 최대의 열효율을 얻기 위해서는 정밀한 설계조건이 요구된다.
연소실의 고온에 직접 노출되면 모든 금속 소재가 녹기 때문에 금속 소재를 제외한 냉각 기술의 중요성이 부각되는 이유다.
연소실을 설계하고 제작하는 방식은 항공기 기종과 엔진 제작사에 따라 다르지만 연소실의 기본 구조와 주요 부품은 거의 비슷하다.
기본적으로 버너는 배기 파이프와 외부 파이프로 구성됩니다.
내부 튜브는 종종 라이너로 불리며 기본적으로 모든 연소는 라이너에서 발생합니다.
한편, 외벽은 이너라이너와 일정한 공간을 형성하면서 연소실의 무게를 지지하는 역할을 한다.
이 공간에 냉각 공기를 유입시켜 내솥을 냉각시키는 공기 인클로저 역할을 하며 냉각 공기가 여러 개의 작은 구멍을 통해 내솥으로 유입되도록 합니다.
버너하우징은 연소와 냉각에 필요한 부품을 내장하거나 장착한 단순한 구조입니다.
일반적으로 쉘은 라이너 사이의 공간을 통해 공기가 흐르도록 설계되어 많은 열 응력을 받지 않습니다.
낮은 압력 사이에 형성된 높은 압력 구배를 견딜 수 있어야 합니다.
따라서 열부하가 아닌 기계적 부하가 인클로저의 주요 설계 요소입니다.
압축기에 저장된 빠른 공기는 연소하기 어렵습니다.
압축기의 마지막 단계와 버너 사이의 공간은 확산되도록 설계되었습니다.
디퓨저는 압축 가스 흐름을 버너에 적합한 속도로 줄이는 데 사용됩니다.
확산 시 전체 압력 손실은 피할 수 없지만 경계층 분리에 의해 흐름이 분산되지 않도록 최소화 및 설계되어야 합니다.
연소실은 이중층입니다.
초기 엔진은 단염관으로 제작되었기 때문에 엔진 내부가 고온의 화염에 직접 노출되어 연소실의 수명이 극도로 짧아지고 연기, 먼지 등 다량의 배기가스를 배출하게 됩니다.
공기를 오염시켰습니다.
지속적인 버너 개선으로 그을음 및 대기 오염 물질 배출이 크게 감소했습니다.
후기 버너는 연소효율 향상에 중점을 두었고, 1970년대 라이닝의 개발로 버너의 수명은 물론 성능도 크게 향상되었다.
기본적으로 모든 연소는 라이너에서 발생합니다.
라이너에는 1차 및 2차 공기의 흐름을 허용하는 많은 구멍이 있습니다.
최신 연소실 라이너는 고온을 견딜 수 있는 초합금으로 만들어집니다.
그러나 내부 탱크가 고온에 강한 재료로 만들어지거나 내부 탱크 표면의 일부가 차열 코팅으로 처리되더라도 견딜 수 있는 온도가 제한되며 냉각 장치가 필요합니다.
3. 기류 경로
압축기에 남아 있는 모든 공기가 연소에 사용되는 것은 아닙니다.
기본적으로 연소에 사용되는 공기가 많을수록 연소 효율이 높아지지만 연소 과정에서 발생하는 고온을 제대로 제어하지 않으면 연소실이 심하게 손상될 수 있기 때문에 냉각에 사용되는 공기도 중요합니다.
그러나 냉각 효과가 연소 공기와 연소 과정에 영향을 미치지 않도록 주의 깊게 조정해야 합니다.
연소실의 공기 중 일부만 연소에 사용되고 나머지는 연소 과정에서 발생하는 열을 냉각하는 데 사용됩니다.
연소에 직접 사용되는 공기를 1차 공기라고 합니다.
1차 공기는 연소기 노즐, 스월 베인 및 천공 플레어를 통해 연소 구역으로 흐릅니다.
나머지 공기는 총구를 우회하거나 냉각 및 희석을 위해 라이닝의 많은 구멍을 통해 흡입됩니다.
이 공기를 2차 공기라고 합니다.
4. 터보샤프트 엔진 연소실
연소실은 압축기에서 가압된 고압공기에 연료에너지를 분사하여 혼합가스를 발생시키고 점화장치에 의해 점화되어 연속연소가 이루어지도록 하는 것으로 1차연소영역과 2차연소영역으로 구분할 수 있다.
즉, 연소에 직접 관여하는 1차 공기 흐름이 14-18:1이 되도록 하는 것이 가장 좋은 공연비입니다.
1차 공기 흐름의 비율은 연소실을 통과하는 전체 공기 흐름의 20% ~ 30%입니다.
2차 연소영역(혼합냉각영역)은 주로 냉각을 담당하는 영역으로 많은 양의 2차 공기가 연소가스의 출구온도를 터빈허용온도까지 균일하게 상승시키는 동시에 터빈의 벽면을 냉각시킨다.
연소실의 벽재를 줄이기 위한 증기터빈 연소실의 보호 및 내구성을 높이는 역할을 합니다.
압축기에서 연소기로 유입된 압축 공기는 연소 구역을 통과하고 연소 라이너에 장착된 슬롯, 루버, 구멍 및 공기 흡입구를 통해 연소기 섹션으로 들어갑니다.
연소 구역에 들어가면 공기 속도와 압력이 감소함에 따라 공기 흐름의 방향이 바뀝니다.
공냉식 연소기 라이너는 연료와 혼합 연소하여 밀폐된 공간에서 고온 연소를 유지하고 연소열을 흡수하여 유용한 온도로 냉각하며 동시에 여러 기능을 수행합니다.
연소는 연료가 22개의 분무기를 통해 연소 영역으로 분사될 때만 가능합니다.
원자화된 연료는 공기와 혼합되어 연소되어 화씨 3,500도의 높은 온도를 생성합니다.
이 고온 가스는 연소 영역이 가스의 방향을 반대로 하는 디플렉터를 통해 앞으로 흐르면서 냉각됩니다.
이 가스는 2단계 가스 발생기 노즐 터빈 시스템으로 다시 흐릅니다.
1단계 노즐은 고에너지 가스를 1단계 터빈으로 보낸 다음 2단계 노즐을 통해 2단계 터빈으로 보냅니다.
2단 터빈을 통과한 가스는 배기 디퓨저 통로를 통해 외부로 배출된다.