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기타공학/비행기

제트엔진의 개발을 시도조차 못하는 이유


제트엔진에 대한 잡설 개발이 어려운 이유

 


일반적으로 제트엔진이라 함은 비행기나 항공기에 사용되는 엔진을 일컫습니다



조금 더 정확히 구분하자면제트추진식비행기에 장착되는 엔진을 제트엔진이라고 부르지요



가스터빈 타입을 기본으로 사용하게 되는데 (SR-71 블랙버드 처럼 램제트를 사용하는 경우도 있습니다.) 아래와 같은 카테고리로 분류가 가능합니다.


 

가스터빈엔진 (Gas Turbine)


가스터빈 제트엔진 (Jet Engine)


터보제트 / 터보


터보샤프트 / 터보프롭


 

간단히 제트엔진은 크게 터보제트군과 터보샤프트 군으로 나뉘고



터보제트는 제트추진을 목적으로, 터보샤프트는 샤프트의 회전을 목적으로 한다고 보면 됩니다.



비행기는 터보제트엔진. 프로펠러가 달려있는 대형 수송기나 헬리콥터는 터보샤프트 엔진을 사용하는 거지요.



출처 : onautomobileworld.blogspot.com


출처 : www.airlinereporter.com


출처 : commons.wikimedia.org


출처 : en.wikipedia.org

 


자동차 엔진과 비교했을 때, (포스팅 클릭) 공기를 연소하여 발생하는 폭발력을 동력으로 사용한다는 기본 개념은 같습니다



다만, 제트엔진은 다음 문제들 덕분에 개발이 상당히 까다로운 편입니다



출처 : www.imgday.com


 

1. 높은 신뢰성을 요구한다


 

제트엔진은 애초에 비행기에 사용하기 위해 개발된 엔진입니다하늘을 날기 위해 만들어진 엔진이지요. 때문에 엔진에 높은 신뢰성이 요구 됩니다



하늘에서의 엔진 고장은 단순 사고가 아닌 추락에 의한 사망사고로 이어질 확률이 높습니다



2차 세계대전 전에 피스톤 엔진이 비행기에 장착된 시절이 있었으나, 그 시절 역시 엔진에 요구되는 기술사양이 꽤나 높았습니다



지금은 당연하게 여기는 터보차져도 이시기 엔진출력 저하를 막기 위해 개발된 나름 신기술이었지요. (포스팅 클릭) 



출처 : www.seeitornot.faketrix.com



일반 민항기의 경우 최소 2개의 엔진이 있어야 하고, 보잉 777이 등장하기 전까지 대륙간 장거리 이동은 반드시 4개의 엔진이 요구되었습니다



전투기에서는 단발이 낫냐 쌍발이 낫냐 많은 논란이 있지요. Engine flameout이라도 생기면 단발은 대책에 없습니다.



고장없는 높은 신뢰성이 필요할 수 밖에요.



출처 : ltastudent.lodiusd.net


 

2. 열악한 환경에서 작동한다



하늘에서의 환경은 땅에서의 그것보다 훨씬 가혹합니다



국제선 여객기가 비행하는 32천피트 상공, 10km의 고도입니다. 대기의 온도가 약 -60도 내외로 상당히 낮습니다



이동을 위해 단기간에 지상과 하늘을 오르내려야 하는 기체 특성상 60도 안팎의 열충격에 고스란히 노출되어 있습니다.



목욕탕에서 사우나와 냉탕을 들락날락 거리다 보면 현기증이 나는 경우가 있는데 같은 비행기도 같은 문제를 겪게 됩니다



출처 : forum.santabanta.com



높은 압축비를 얻기 위해 제트엔진 내부의 팬은 분당 1만회이상의 회전이 요구됩니다. 



1초에 약170회 회전하는 높은 속도를 버텨야 합니다.  



압축비도 최신의 보잉 777 GE엔진의 경우 40:1에 육박하죠 (공기가 40배로 압축된다고 보시면 됩니다. 일반 자동차 엔진 압축비 10:1 안팎). 



엔진에 공기가 들어가는 속도도 만만치 않습니다. 제트엔진의 첫번째 터빈 블레이드는 최고 3,000km/h의 고속에 노출됩니다. 



공기의 압축을 위해서 기체 속도보다 빠른 고속을 감당해야 합니다. 그것도 초당 170바퀴로 돌면서요.



출처 : bugman123.com


급가속 급감속에 따른 G-force도 상당히 가혹합니다. 



모든 설계 부품들은 최소 자기 질량의 10배 이상의 부하를 기본(!)으로 감당할 수 있어야 합니다



안전계수(SP, Safety factor)를 높게 잡는 분야 특성상 가혹한 수명시험을 통과 해야 하는 건 두말할 나위도 없을겁니다.



3. 적은 생산량 적은 수요



이처럼 개발에 고도의 기술이 요구됨에 반해 항공기의 수요는 꽤 적은 편입니다. 



2013년 보잉의 여객기 인도 실적이 (기사 클릭) 정도 이니 전투기 및 헬리콥터를 포함해도 연간 1만대를 넘기 힘들 겁니다. 자동차 시장이 연간 8천만대인걸 감안하면, 상당히 적은 숫자이지요.



가스터빈 엔진이 비행기에만 달리는 건 아니지만 어쨌던 대량생산이 힘든 시장 구조를 가지고 있습니다. 



소재 자체도 비싸고, 높은 개발비는 쉬이 회수되기 어렵습니다. 



출처 : www.airlinereporter.com



4. 어려운 기술접근



비행기는 태생이 군용입니다. 개발 기술은 사실상 국가 소유로 되어 있습니다. 



군사력은 과학 기술력에 기인하는 경우가 많고, 하이테크놀러지가 적용되는 엔진의 특성상 국가간 기술이전이 발생하기가 매우 어렵습니다. 



돈주고 기술 팔았다가 안보에 부메랑이 되어 날라올 수도 있고, 크지 않은 시장에서 굳이 경쟁자를 키울 필요도 없습니다.




출처 : commons.wikimedia.org


출처 : www.navair.navy.mil 



시간, 기술, 돈, 인력의 모든 자원 충족 되어야만 개발이 가능한데요. 감히 국가의 모든 첨단 소스를 활용해야 가질 수 있는 하이테크놀러지의 정수라고 말하고 싶습니다.



'쓸만한' 가스터빈 엔진을 가지고 있는 나라는 손에 꼽을 정도입니다.



그럼에도 불구하고 이미 우리나라는 라이센스 생산을 통해 꾸준히 제트엔진에 대한 기술을 축적하고 있습니다. 



록마와 함께였지만 이미 꽤 괜찮은 훈련기(T-50 골든이글) 도 개발하기도 했고, 해군 함정에 개스터빈 엔진(삼성 테크윈)을 공급하는 등 꾸준히 도전하고 있습니다. 



언젠간 우리손으로 만든 엔진이 장착된 국산 항공기가 나와보기를 기대해 봅니다.




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