Gas Turbine Engine   가스 터빈 기관, 가스 터빈 엔진

(2026-03-30)

Gas Turbine, 가스 터빈, Jet Engine, 제트 엔진


1. 가스 터빈 기관 (Gas Turbine Engine)유체 에너지기계 에너지
     - 일정 체적연소실에서 
     - 연료를 연속적으로 연소시켜 발생한, 고온고압의 연소 가스를,
     - 터빈에 작용시켜, 회전 동력을 얻거나,
        . (고온,고압 가스를 블레이드에 불어넣어 회전시키면서 동력을 얻음)
     - 배기 가스반력으로 추력(분사 추진력)을 얻는 내연 열기관작동 유체  :  공기(개방 사이클) 또는 불활성 가스(폐쇄 사이클)
  ㅇ 열역학적 이론 사이클  :  브레이턴(Brayton) 사이클연소 방식  :  등압 연소 (constant-pressure combustion)

  ※ 한편, 왕복 기관과의 차이
     - 왕복 기관(피스톤 엔진)은, 흡입 → 압축폭발 → 배기를 같은 실린더 내에서 순차 반복 
     - 가스 터빈은, 각 과정(압축,연소,팽창)이 별도 기기에서 동시에 연속 진행
        . 따라서, 진동이 적고 출력 밀도(단위 중량 당 출력)가 높음


2. 가스 터빈 기관의 기본 구성 요소

  ㅇ (가스 발생기)  :  압축기, 연소실(연소기), 터빈 
     - 항공기에는, 공기 흡입구와 배기 계통이 추가됨
        . 흡입된 공기가, 압축기에서 압축되며,
        . 연소실에서 가열되고,
        . 터빈 내 팽창되며,
        . 배기 노즐에서 대기중으로 방출됨

  ㅇ 역할  :  (가스 터빈 사이클)
     - 압축기 (Compressor)  :  흡입, 압축
        . (STEP 1)  단열 압축  (등 엔트로피)
     - 연소실 (Combustor)  :  연소, 가열
        . (STEP 2)  등압 가열  (연료 연소)
     - 터빈 (Turbine)  :  팽창, 일
        . (STEP 3)  단열 팽창  (등 엔트로피)
     - 배기 노즐 (Nozzle)  :  배기, 방열
        . (STEP 4)  :  등압 냉각  (대기 방출)

  ※ 에너지 분배
     - 터빈에서 추출한 일 중 약 40~60%는 압축기를 구동하는 데 소비됨
     - 나머지가 순 출력(발전기 구동 또는 추진력)으로 이용됨
     - 따라서, 터빈 입구에서, 온도(TIT) 상승 = 효율 향상의 핵심 임
        . 터빈 입구 온도 (TIT) : 연소터빈에 들어가는 가스 온도	 [K (또는 )]


3. 가스 터빈 기관의 이론 사이클  :  브레이턴(Brayton) 사이클가스 터빈 기관의 이상적 열역학 사이클
     - 이상(理想) 사이클에서는, 압축,팽창이 등 엔트로피(단열 가역)으로, 
        . 열 출입이 등압으로 이루어진다고 가정함

  ㅇ 사이클
     - 1 → 2 과정  :  단열 압축  (압축기)
        . 외부로부터 일 투입, 엔트로피 일정
     - 2 → 3 과정  :  등압 가열  (연소실)
        . 연료 연소, 온도,엔탈피 증가
     - 3 → 4 과정  :  단열 팽창  (터빈)
        . 일 출력, 엔트로피 일정
     - 4 → 1 과정  :  등압 방열  (배기, 대기 방출)
        . 열 방출, 개방 사이클에서 대기로 배기


4. 가스 터빈 기관의 분류 방식압축기  :  원심 압축기, 축류 압축기
  ㅇ 연소실  :  캔형 연소실, 애뉼러형 연소실, 결합형 연소실
  ㅇ 터빈  :  방사터빈, 축류 터빈추력 발생 방법에 따라  :  터보제트, 터보팬, 터보프롭, 터보축
     - 터보제트
        . 전량 배기 노즐을 통한 제트 추력 발생
        . 고속,고 고도에 유리하나 연비 불리
        . 배압비(BPR) ≈ 0.
        . 적용 : 초음속 전투기 (F-100 등 구형)
     - 터보팬
        . 팬으로 추가 공기를 가속, 코어 + 팬 이중 추력
        . BPR 높을수록 연비 향상 (민항기 BPR ≈ 8~15)
        . 현대 민간 항공기 주류
        . 적용 : Boeing 787 GEnx, A320neo LEAP
     - 터보프롭
        . 터빈 대부분의 동력을 프로펠러 구동에 사용
        . 저속,저 고도 연비 우수
        . 잔여 배기 가스로도 소량 추력 발생
        . 적용 : ATR 72, C-130 허큘리스
     - 터보축
        . 출력 샤프트에 전 동력 전달
        . 추력 없음, 순수 회전력 출력
        . 헬리콥터 로터,선박,발전소에 사용
        . 적용: 헬리콥터, 해군 함정, 발전기


5. [참고사항]  제트엔진 (Jet Engine) 

  ㅇ 제트 추진을 이용하는 엔진 전체의 총칭
     - 가스 터빈 엔진 부류에 속함
     - 대기공기를 흡입해서, 이를 연료와 함께 연소시켜 나온, 고온,고압 가스를, 
     - 후방으로 고속 분사하여, 추력을 얻는 엔진을 말함

  ㅇ 종류 
     - 터보제트 (Turbojet), 터보팬 (Turbofan), 램제트 (Ramjet), 스크램제트 (Scramjet),
       펄스제트 (Pulsejet) 등

동력 기계
1. 원동기, 엔진, 열기관(내연,외연)   2. 카르노 기관   3. 가스 터빈 기관  
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