항공기 엔진의 축마력과 추력의 차이

터보팬 엔진 비행기의 출력

 

이전 포스팅에서 F-4U 콜세어의 출력이 2,000 마력이라고 언급한 적이 있었습니다. 

콜세어 뿐만 아니어서, 대부분의 대전 말기 전투기들은 약 2,000마력 전후의 출력을 가지고 있었습니다. 

출처 : en.wikipedia.org

1940년대 초반 제로센의 1,000마력에서 약 2배 정도 증강된 수치이지요.

1997년 첫 비행을 한 국산 KT-1의 출력이 약 1,000 마력이니, 대전말기 전투기의 성능이 어느 정도인지 짐작할 수 있습니다.

 

 *P&WC PT 6A-62 / 엔진출력 950 마력

출처 : www.airforce.mil.kr

그런데 최근 전투기들은 ‘출력’이라는 용어를 사용하지 않습니다. ‘추력’으로 엔진의 성능을 표현합니다. 왜 그런걸까요?

P-51 무스탕의 피스톤 엔진, KA-1의 터보프롭 엔진은 엔진의 종류만 다를 뿐, 프로펠러의 축을 회전시키는 동일한 메커니즘을 가지고 있습니다. 

출처 : www.airventure.de

반면에 F-15K, 대형 여객기인 B-777 등은 연소된 공기를 분사하며 비행합니다. 축의 회전은 분출가스를 만들기 위한 보조적인 수단에 불과하지요.

제트기들이 ‘축마력’으로 표현되는 출력을 사용하지 않는 이유입니다.

출처 : easternblogger.wordpress.com

조금 더 간단히 살펴보도록 하죠. 프로펠러로 하늘을 나는 경우 엔진은 프로펠러를 돌리기 위한 일을 합니다. 

프로펠러의 축을 얼마나 빨리 돌리느냐에 따라 비행기의 성능이 결정된다는 소리인데요. 자동차 엔진의 경우과 같아서 마력이 클수록 더 빨리 날 수 있습니다. 

2,000마력의 전투기는 200마력을 내는 소나타의 약 열배의 속도를 낼 수 있습니다. (실제 열배는 아닙니다만, 단순화 해서 비교하면 그렇습니다.)

 

출처 : www.supercars.net

제트기의 엔진도 회전은 합니다만, 공기를 압축시키기 위한 팬을 돌리기 위함입니다. 팬을 통해 압축된 공기가 연소되고, 이때 발생한 폭발력이 배기가스를 밀어내는 구조를 가집니다. 

출처 : aerospaceengineeringblog.com

팬의 회전 속도만으로는 성능을 나타낼 수 없습니다. 정지상태에서 비행기를 얼마나 밀어낼 수 있는지를 추진력으로 표시할 수 밖에 없습니다.

 

출처 : theaviationist.com

우리나라의 주력인 KF-16은 단발의 엔진으로 약 13톤의 추력을 가지고 있습니다. (Block 50 / 13,226kgf / F100-PW-229) 환산하면 약 3만 파운드 정도 됩니다. 

9톤의 기체를 밀어내고도 약 4톤의 잉여추력이 발생하죠. 무장이 없다면 날개가 없어도 미사일처럼 날 수 있다는 이야깁니다.

상용기인 보잉의 B-777은 엔진 한기당 48톤, 약 10만파운드 추력의 GE 엔진이 장착되어 있습니다.(B-777 8X / 115,540 lbf / GE9X)

 

출처 : www.afplay.kr

출처 : www.skyscrapercity.com

여기서 의문이 하나 듭니다. 

어짜피 프로펠러 비행기도 ‘추력’으로 계산하면 비교가 편하지 않을까? 어짜피 공기를 밀어내는 추진력은 매한가지인데 굳이 구분할 필요가 있는 걸까.

 

프로펠러기 에서 추력이 아닌 축마력을 쓰는 이유는 간단합니다. 같은 엔진이라도 프로펠러의 형상과 크기에 따라 추력이 달라지기 때문입니다. 

출처 : commons.wikimedia.org

프로펠러는 공기를 가르며 전방에서 후방으로 보내지요. 2엽보다는 3엽이, 각진 형태보다는 유선형의 형상이 보다 더 높은 효율을 가집니다. 종류에 따라 다른 추력을 가집니다.

추력 자체가 정지상태, 비행상태, 비행고도, 대기조건에 따라 다른 값을 가지는 데다가 프로펠러에 따라 다른 값을 갖게 된다면......정확한 성능 비교는 안드로메다로 날라가게 되는 거지요. 

그래서 프롭기의 경우는 축마력을 사용하고, 제트기는 지상에서 정지 상태일 때 최대 출력시의 추진력을 측정하여 추력으로 표시 하도록 되어 있습니다.

 

출처 : www.reddit.com

비록 두 타입의 항공기가 다른 기준을 쓴다고 해도, 엔진이 하늘을 날기 위해 달려 있음에는 변함이 없습니다. 

나사의 데이터에 따르면 마하 1.8에서  F-4 펜텀의 출력은 36,620 (제동) 마력 이었다고 합니다. 

순항속도에서 B-747은 87,325 (제동) 마력으로 측정되었다고 하네요. (265m/s, 954 Km/s) 

출처 : Aerospaceweb : Convert Thrust to Horsepower

 

출처 : defence.pk

출처 : www.airliners.net

처음에 언급한 콜세어가 2,000 마력이니, 결국 현대의 전투기는 2차대전 전투기의 약 20배의 출력을 가지고 있는 셈입니다. 기술 발전의 힘이 새삼 놀라울 따름 입니다.

출처 : Airliner.net

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