Multi-spool engine의 종류

본격 과밸세미나때 답변해주기로 해놓고 발표자가 앓아눕는 바람에 못한 내용 포스팅 1탄.
홈워즈님의 질문인 다축식 엔진의 종류에 대해서 써보도록 한다.

먼저 왜 다축식 엔진을 쓰는지를 알아야한다.
터보팬 엔진은 보다시피 앞쪽의 팬+LP 컴프레서와 이를 구동시켜주는 LP터빈,
그리고 HP컴프레서와 이를 구동시켜주는 HP터빈으로 구성되어있다.

터빈을 설계할때 중요한 변수 중 하나가 터빈 블레이드의 팁스피드이다.
이 팁스피드는 터빈블레이드의 반경과 회전수의 곱으로 나오는 값인데
우리는 이 값이 음속을 넘지 않도록 설계를 한다.
터보팬 엔진의 팬은 반경이 크므로 회전수를 줄이는 방법으로 팁스피드를 줄여야한다.
그런데 팬의 속도에 전체 시스템을 맞추다보면 컴프레서나 다른 터빈부에서는 효율면에서 남는 장사가 아니다.
이데 대한 가장 좋은 해결책은

...가 되겠다.
이러한 이유로 구조상의 복잡성이 있음에도 불구하고 멀티스풀엔진을 만드는 것이다.

멀티스풀은 종류가 다양한 편인데 정리해보면

1. 기본적인 2-spool

맨 위의 그림처럼 HP, LP 두 시스템으로 나눈 것.

2. boosted 2-Spool

LP샤프트에 Intermidiate Power 컴프레서와 터빈을 설치한 형태로 높은 압력비를 얻기 위해 사용한다.
거의 모든 미국제 엔진은 이 타입을 사용한다.

3. 3-spool

롤스로이스는 아예 3-스풀을 사용한다.  미국제 엔진이 IP터빈과 IP컴프레서를 LP샤프트에 물리는 반면에
이들은 IP샤프트를 별도로 사용한다.

4. Geared Turbofan (GTF)

PW에서 요즘 밀고 있는 타입으로 팬 사이즈를 키워서 바이패스비를 올리자니 LP축 속도가 너무 높아
어떻게 할지 고민하다가 나온 녀석이다.  팬을 구동시키는 샤프트에 기어박스를 달아서
팬 효율이 최대가 되도록 속도를 맞춰준다.

그 외에 군용 터보팬은 모두 2-spool이라고 보면 된다.