항공기 엔진의 바이패스와 소음의 연관성을 조사하였다.
1. 항공기 엔진 유형 및 바이패스
현대 항공기 엔진은 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있습니다.
이들은 제트 엔진과 터보 팬 엔진입니다.
두 가지 엔진의 공통점은 흡기포트를 통해 유입된 공기를 압축하고 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시킨 후 배기포트를 통해 배출하여 동력을 얻는다는 점이다.
차이점은 터보제트 엔진은 엔진으로 들어오는 모든 공기를 압축하여 사용하는 반면, 터보팬 엔진은 엔진으로 들어오는 공기의 일부만 압축하여 사용하고 나머지는 우회한다는 것입니다.
공기를 엔진으로 유입하지 않고 우회시키는 것을 항공기 엔진 바이패스라고 합니다.
터보제트 엔진에는 바이패스 공기가 없기 때문에 바이패스 개념이 없습니다.
| 터보제트 엔진 (터보 제트 엔진) | 터보팬 엔진 (터보팬 엔진) | |
| 함께 | 추진력은 공기를 도입하고 뒤로 배출함으로써 달성됩니다. (흡입구를 통한 공기 흡입 → 압축기의 압축 공기 → 연소실에서 연료와 혼합 및 연소 → 추진용 배기 포트를 통한 배기) |
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| 차이점 | 엔진으로 들어가는 모든 공기를 압축 | 엔진에 들어가는 공기의 일부만 압축하여 사용합니다. , 나머지 공기는 압축되지 않은 상태로 배출됩니다. |
| 우회로 | 존재하지 않는다 | 존재했다 |
2. 바이패스 비율(BPR)
바이패스 비율(BPR)은 바이패스된 공기량과 바이패스되지 않은 압축 공기량의 비율을 의미합니다.
터빈으로 들어가는 공기가 압축되고 바이패스된 공기가 10이라면 엔진의 바이패스 비율은 10:1로 표현된다.
10:1은 10÷1로 계산되므로 바이패스 비율의 최종값도 10으로 표현된다.
BPR = 10으로 약칭.
바이패스 비율이 높다는 것은 엔진에 들어가는 공기가 적고 연소를 위해 압축 공기와 혼합되는 연료가 적다는 것을 의미합니다.
따라서 같은 출력의 엔진이라도 바이패스율을 높게 설계하면 연료소모량이 적고 연비가 높다.
그러나 바이패스율을 높게 하기 위해서는 엔진의 단면적을 넓게 설계해야 하므로 비행항력이 증가하여 고속비행에 불리하고 추력도 상대적으로 작다.
여기서 넓은 엔진 단면은 무엇을 의미합니까? 공기 흡입구는 공기가 엔진으로 들어가는 곳입니다.
흡기 덕트의 단면적만큼 많은 공기가 유입되는 것을 알 수 있다.
흡입 후 공기를 압축하고 연소시키는 터빈(핵 터빈이라고도 함)을 통과합니다.
코어 터빈의 단면적을 제외한 나머지 부분은 공기가 우회하여 흐르는 바이패스 공간이다.
높은 바이패스 비율을 위해서는 엔진 단면적 아래의 바이패스 공간의 단면적이 코어 터빈의 단면적보다 훨씬 커야 합니다.
바이패스 공간이 넓어지기 위해서는 흡기의 단면적도 넓어져야 하고, 엔진 전체의 단면적도 당연히 넓어져야 한다.
따라서 바이패스비가 높다는 것은 엔진의 단면적이 넓어진다(엔진이 커진다)는 것을 의미한다.
고바이패스율 터보팬 엔진은 연비가 좋아 주로 여객기나 수송기에 사용되며 BPR은 8~10 정도이다.
저바이패스율 터보팬 엔진은 추력이 좋아 초음속으로 비행하는 전투기에 주로 적합하다.
속도가 빠르고 BPR이 0.5 미만인 것으로 알려져 있습니다.
| 높은 바이패스 비율 (높은 바이패스 비율) | 낮은 바이패스 비율 (낮은 바이패스 비율) | |
| 연비 (연비) | 키 | 비천 |
| 추력 | 비천 | 키 |
| 엔진 단면 | 거창한 | 소 |
| 주요 응용 분야 | 여객기, 수송기 등 | 전투기 등 |
| 소음 | 소 | 거창한 |
3. 노이즈 및 바이패스 비율(BPR)
제트 엔진이나 낮은 바이패스율 터보팬 엔진에서 발생하는 소음과 비교하여 높은 바이패스율 터보팬의 소음은 상당히 낮습니다.
이는 연소실을 통해 흐르는 공기의 양에 비해 전환되는 공기의 양이 증가하면 배기구에서 두 공기의 혼합이 증가하여 배기 속도가 감소하고 배기 소음이 크게 감소하기 때문입니다.
(배기 속도를 줄이면 소음이 줄어든다는 사실은 복잡한 이론이 아니라 일반 가정용 선풍기를 보면 이해할 수 있다.
강풍은 미풍보다 크다.
)
압축기 및 연소기와 같은 항공기 엔진에는 여러 가지 소음원이 있지만 두 가지가 가장 중요한 원인으로 간주됩니다.
엔진 배기 포트를 통해 공기가 배출될 때 발생하는 “제트 소음”과 엔진 흡입 포트를 통해 공기가 유입될 때 발생하는 “팬 소음”입니다.
연구에 따르면 바이패스 비율이 증가할수록 제트 소음과 팬 소음이 모두 감소하는 경향이 있습니다.
팬 소음은 바이패스 비율이 증가함에 따라 점차 감소하지만 제트 소음은 빠르게 감소합니다.
따라서 엔진 바이패스율이 일정 값을 초과하면 제트 소음 수준이 팬보다 낮아지는 경향이 있어 팬 소음이 가장 중요한 소음원이 된다.
연구 논문에 제시된 그래프에 따르면 제트 소음과 팬 소음이 교차하는 지점은 BPR=4 부근인 것으로 보인다.
팬 소음은 팬의 회전으로 인해 발생하는 기계적 소음과 모든 공기 흡입구에서 발생하는 충격파로 인해 발생합니다.
(물론 팬 소음을 줄이기 위해 벨마우스 등 다양한 기술도 사용됩니다.
) 결국 문제는 제트 소음입니다.
제트 소음이 감소하고 팬 소음보다 낮기 때문에 바이패스 비율이 높을수록 항공기 엔진 소음이 낮다고 말하는 것이 타당해 보입니다.
한편, 항공기 엔진의 낮은 소음 수준은 비행기와 항공사에 매우 중요합니다.
승객이 노출되는 소음 수준을 줄이는 것은 이점이 있지만 가장 중요한 것은 항공기에서 발생하는 전체 소음의 양을 줄이는 것은 소음 규정 준수의 일환으로 더 많은 항공기를 수용할 수 있고 더 큰 공항은 도시에 더 가깝게 위치할 수 있다는 것을 의미합니다.
건축 가능.
참조
하나. 주의 엔진!
. 제트엔진을 아시나요 (GE리포트코리아)
2. Nicolas E. Antoine(2002) 최소 소음을 위한 항공기 및 운영 최적화
삼. 위키백과: 우회
끝.