비행기 제트엔진의 원리가 알고싶어요

Question

최근 여객기들은 대부분 고 바이패스비 터보팬 엔진이라고 하는데 초당 얼마만큼의 공기가 들어와야 그냥 공기를 흘려보내는것 만으로 비행기를 띄울 수 있나요?

Answer 1

안녕하세요. 서종현 전문가입니다.

비행기 제트엔진, 특히 고바이패스비 터보팬 엔진의 원리를 쉽게 설명해 드리겠습니다.

터보팬 엔진은 크게 두부분으로 나뉩니다. 먼저, 팬(fan)에서 많은 양의 공기를 빨아들이는데 이 공기의 대부분은 엔진 중심부를 지나지 않고 바이패스(bypass)되어 바깥쪽으로 빠르게 흘러나갑니다. 이 바깥 공기가 바로 비행기의 추력을 크게 만드는 핵심입니다. 엔진 내부 중심부에서는 소형 터빈이 압축기,연소실, 터빈을 돌면서 고온 · 고압가스를 만들어내는데요, 이 가스도 엔진 뒤쪽으로 빠르게 배출되어 추진력을 더해줍니다.

고바이패스비 엔진은 팬이 움직이는 공기량이 많아, 초당 수백 킬로그램에서 수천 킬로그램의 공기가 팬을 통해 흘러갑니다. 예를 들어 보잉 777에 쓰이는 GE90-115B엔진은 약 초당 130~150kg의 공기를 빨아들여, 그중 대부분은 팬을 통해 직통으로 빠져나가 큰 추진력을 만듭니다.

즉, 비행기가 뜨기 위해서는엔진 팬을 통해 엄청난 양의 공기가 빠르게 흐르면서, 그 힘으로 공기의 반작용을 이용해 비행기를 밀어올리는 것입니다. 이 공기 흐름과 연료 연소로 발생한 고속 가스 배출이 합쳐져 비행기를 띄우는 추진력을 만듭니다.

Answer 2

안녕하세요. 고한석 전문가입니다.

안녕하세요. 고한석 전문가입니다.

터보팬 엔진은 "공기를 뒤로 세게 밀어내는 반작용"으로 추력을 만들고, 고 바이패스 방식은 이 원리를 극대화한 구조입니다.

기본 원리 — 뉴턴 제3법칙
엔진 앞쪽의 거대한 팬이 공기를 빨아들여 뒤로 고속 분사하면, 그 반작용으로 항공기가 앞으로 나아갑니다. 고 바이패스 터보팬은 흡입한 공기의 80~90%를 엔진 코어(연소실)를 거치지 않고 팬 바깥쪽으로 그냥 흘려보내는데, 이 "바이패스 공기 흐름" 자체가 전체 추력의 대부분을 담당합니다. 연료를 태우는 코어는 팬을 돌리는 동력원 역할에 가깝고, 실제 추진력의 핵심은 팬이 밀어내는 대량의 공기입니다.

초당 공기 흡입량
보잉 777급에 쓰이는 GE90 엔진 기준으로 팬 지름이 약 3.3m이고, 초당 약 1,500~1,700kg의 공기를 흡입합니다. 이는 초당 성인 남성 약 20명 무게의 공기를 빨아들이는 양입니다. 엔진 2개 기준으로 초당 3톤 이상의 공기를 뒤로 밀어내며, 이것이 약 50만kg 항공기를 띄우는 추력(엔진당 약 50만~77만 뉴턴)을 만들어냅니다.

왜 코어 연소보다 팬이 효율적인가
적은 공기를 엄청 빠르게 분사하는 것보다 많은 공기를 적당한 속도로 밀어내는 것이 연료 효율이 훨씬 좋습니다. 고 바이패스 엔진이 구형 터보제트보다 연비가 2~3배 좋은 이유가 바로 이것으로, 현대 여객기가 장거리를 경제적으로 날 수 있는 핵심 기술입니다.

Answer 3

안녕하세요. 조일현 전문가입니다.

비행기가 이륙하는 시점이라면 엄청난 양이 필요하겠지만,

일반적인 대형 엔진이라면 초당 약500-1000KG 이상 공기를 빨아드리고

A350같은 초대형 엔진이라면 초당 약 1.5톤 이상 공기를 흡입한다고 볼 수 있겠습니다.

이를 부피로 본다면 초당 약 1000m³ 이며, 비유 하자면 큰 경기장이나 수영장 규모 공기를 빨아드린다고 볼 수 있겠습니다.

Answer 4

말씀하신 고 바이패스비 터보팬 엔진은 쉽게 말하면 거대한 선풍기가 엄청난 양의 공기를 뒤로 밀어 내면서 앞으로 나가는 엔진입니다.

추력이 대략적으로 밀어낸 공기량에 속도 변화의 곱으로 결정되는데, 여객기 엔진 하나는 초당 수백에서 수천 킬로그램 이상의 공기를 빨아드립니다. 대형 엔진은 초당 1톤이 넘는 공기를 처리하기도 해요. 중요한 점은비행기가 단순하게 공기를 흘려보내서 뜨는게 아닙니다. 엔진이 만든 추력으로 충분한 속도를 얻고 그 속도에서 날개가 양력을 만들어 내면서 뜨는 것입니다. 그래서 현대 여객기 엔진들은 전은 양의 공기를 아주 빠르게 뿜는 방식보다 엄청난 양의 공기를 비교적 천천히 뒤로 밀어내는 방식입니다.

Answer 5

안녕하세요. 감병주 전문가입니다.

고바이패스 터보팬 엔진은 많은 양의 공기를 적당한 속도로 밀어내 추력을 만드는 방식을 사용합니다.
앞쪽의 대형 팬이 흡입한 공기 대부분은 엔진 코어를 거치지 않고 뒤로 배출되는데 이 방식은 소량의 공기를 빠르게 분사하는 것보다 연료 효율이 높고 소음도 적습니다. 그리고 최신 여객기 엔진은 초당 수백 kg에서 1톤 이상의 공기를 처리할 수 있습니다. 이렇게 밀어낸 공기의 반작용으로 추력이 발생하고, 날개에서 양력이 생겨 비행기가 뜨게됩니다.
그렇게 고바이패스 터보팬은 대량의 공기를 효율적으로 가속해 높은 추진 효율과 안정적인 비행을 구현합니다.