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 엔진
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.
관련 포스팅 >> 한국형 발사체의 액체연료 엔진은 과연 불합리한 선택 이었을까
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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