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기타공학/다른 공학들

자동차에 들어가는 엔진이랑 비행기에 들어가는 엔진이 뭐가 틀려?


자동차엔진, 비행기엔진, 로켓엔진 다르면서 같은 심장들




달리거나 날아다니는 거의 모든것들은 엔진을 가지고 있습니다. 



자동차에도 있고, 비행기에도 형식은 다르지만 엔진이 있고, 



로켓조차도 엔진이라 불리우는 장치를 달고 있지요. (그럼 전기자동차는.... 응?)



출처 : proaeroengines.com



기계장치에서 연소로 동력을 만들어내는 코어를 모두 엔진이라고 부르기 때문인데요.



공기와 연료를 혼합후 폭-_-팔시켜 에너지를 얻는 점이 모두 동일합니다.



로켓은 그렇다 치고, 어래 자동차에도 폭팔이 일어난다구요? 비행기두요?



출처 : www.airbus.com



네, 두꺼운 금속부품에 가리워져 보이지 않을 뿐이지만, 엔진음과 진동이 그 증거입니다. 비행기 소음도, 로켓 소음도 마찬가지이지요. 



같은 원리라고 하는데, 어떤 녀석은 달리고, 어떤 녀석은 날고, 어떤 녀석은 지구를 뛰어넘어 우주로 나가고, 



그럼 도대체 뭐가 틀린걸까요?




■ 자동차 엔진



자동차 엔진은 피스톤 엔진입니다. 연료를 폭팔시켜 피스톤이란 녀석을 밀어내고 이를 주 동력축에 전달하는 엔진입니다. 



엔진에서 펑펑펑펑 폭팔이 일어나면, 피스톤이란 막대기가 올라갔다 내려갔다 하면서 축을 돌리는 거지요.


출처 : freakwheel.com


딱 봐도 복잡해 보여요. 동력을 전달하는 과정이 복잡해지면 효율도 떨어지고 신뢰성도 낮아집니다. 



그럼에도 피스톤 엔진을 대체할 만한 엔진이 나오고 있지 않은데요.



기술의 축척으로, 연소효율이 극한에 도달했고, 가격이 에미리스하게 저렴하기 때문입니다.


출처 : idratuls.blogspot.com



전기/수소차에도 불구하고, 앞으로 수십년동안은 마르고 닳도록 울궈먹을 엔진이라는데 과감히 한 표를 던지겠습니다 



(손모가지 거는건 너무 무섭군요 -_-;;; 피스톤 엔진이외에는 가스터빈엔진, 로터리 엔진등이 있습니다.)



■ 비행기 엔



비행기 엔진의 대부분은 '터보'라는 이름을 단 엔진이 많습니다. 터보제트엔진, 터보팬엔진, 터보프롭엔진, 터보샤프트엔진 등등.



일반적으로 제트엔진이라고 불리는 이 친구들은 주로 비행기에 달리지요. 공기를 먹은후 연소시켜 불을 내뿜는 단순한(?) 구조를 가지고 있습니다. 



제트엔진에 프로펠라가 달려있느냐, 샤프트로 로터를 돌리느냐, 내부의 팬을 돌리느냐에 따라 야리*-_-*꾸리한 이름이 붙는겁니다.

 


출처 : mechanical-engineering.in



이런 단순한 구조덕분에, 추력중량비가 현저히 높은 고성능을 내는 엔진이기도 합니다. 큰 힘이 필요한 비행기에 달리는 이유이기도 하구요.


문제는 발생되는 높은 열을 견디기 위해 값비싼 소재가 필요한데, 아시죠? 튼튼할수록 가공도 힘들다는거. 



날아야 되니까 무게도 많이 가벼워야 할테고. 결국은 비싼겁니다. 높은 신뢰성을 위해 보다 긴 개발기간에 비용에 소재가격에....



출처 : www.zamandayolculuk.com


연료효율은 출력과 비교하면 나쁘지 않은 편입니다만, 연료소모 자체가 크기때문에 자동차와 같이 저출력을 요하는 장치에는 적용이 힘들지요. 



(1500마력의 M1A1 에브람스 가스터빈의 연비는 0.5km/l 정도입니다 -_-;;;;)



예전 비행기 역시 피스톤 엔진을 사용했습니다만, 역시 성능이 갑입니다. 현재는 특이한 경우를 빼고는 잘 사용되지 않습니다.



향후 렘/스크램/펄스 제트쪽으로 기술 발전이 이어지겠죠.



■ 로켓엔진


로켓엔진도 제트추진엔진의 범주에 포함되곤 합니다만, 산화제가 어떻게 공급 되는지 차이가 있습니다.



대기권 밖에서의 연소를 위해 산화제를 내부에 탑재하거든요. 산소가 없으니 베낭에 산소캔을 넣고 들고 다니는거지요.




출처 : robotpig.net


그러다 보니 연료가 짐의 대부분이 되는, 이상한(?) 일이 발생됩니다. 



나로호의 1단로켓과 엔진을 공유하는 러시아의 프로톤 M을 예를 들어보죠.



출처 : www.thetimes.co.uk



프로톤 M


정지궤도 페이로드 : 6.7t /총질량 : 712 t  



약 1이라는 질량을 위해 궤도에 올리기 위해, 99정도 되는 연료를 사용해야 합니다;;;;



출처 : www.spaceflight101.com



이게 다가 아닙니다. 음속의 열 배를 날다 보니 지속적인 고열을 견디어야 합니다. 



당연히 값비싼 소재를 사용해야 합니다만.... 엔진은 일회용(!) 이기 때문에 최대한 값싸야 합니다.



출처 : michaelcheek.com



비싸면서도 싸야한다라... 아마 로켓엔진이 왜 제작이 힘든지 단적으로 표현된 문장일겁니다. 



액체로켓의 경우 터보펌프의 존재 때문에 개발이 한층 더 까다로운 편이고요.







출처 : ffden-2.phys.uaf.edu



■ 결국 간단히 알아 보았습니다만


모든 탈 것들은 엔진이 달려야 한다! 라는게 지금까지의 상식이었습니다만, 모터와 배터리 기술의 발전으로, 이제는 전기를 사용한 탈 것을 쉽게 볼 수 있는 날이 가까웠습니다. 



하이브리드 자동차, 선박부터 시작해서 전기자동차, 자기부상열차 등등,



기술 발전이 정말 빠르다는 걸 포스팅 하면서 새삼 느끼게 됩니다.



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