제트 엔진

Jet engine

제트 엔진은 공기를 빨아들여 뒤로 내뿜을 뿐인데, 어떻게 커다란 비행기를 앞으로 밀까요?

무슨 일이 일어났나

제트 엔진은 앞에서 공기를 계속 빨아들이고, 연료를 태워 더 빠르게 만든 가스를 뒤로 내뿜습니다. 가스를 뒤로 쏘면 그 반작용으로 엔진과 비행기가 앞으로 밀립니다(NASA).

미는 힘은 «1 초에 지나는 공기의 질량 × (내뿜는 빠르기 − 들어오는 빠르기)» 입니다. 시뮬레이터에서 1 초에 100 kg 의 공기를 600 m/s 로 내뿜으면, 멈춰 있을 때 미는 힘은 60.0 kN 입니다.

비행기가 200 m/s 로 날아 공기가 그만큼 빠르게 들어오면 미는 힘은 40.0 kN 으로 줄지만, 공기에 준 일 가운데 비행기를 미는 데 쓰인 몫(추진 효율)은 0 에서 0.500 으로 올라갑니다.

압축기는 날개 줄마다 압력을 조금씩 높이고, 연소기는 공기에 연료를 조금 섞어 불붙이며, 풍차처럼 도는 터빈은 가운데 축으로 압축기를 돌립니다. 남은 에너지는 노즐에서 가스를 더 빠르게 내보내 미는 힘이 됩니다(NASA).

프랭크 휘틀(Frank Whittle)은 1930 년 터보제트 엔진을 설계해 특허를 냈고, 가스 터빈 엔진으로 처음 성공한 비행기는 1939 년 8 월 독일의 하인켈 He 178 입니다(NASA).

📸 진짜 모습

NASA 글렌 연구 센터의 저속 풍동에서 소음과 효율을 시험한 초고 바이패스비 터보팬 엔진 모형입니다. — NASA 글렌 연구 센터의 저속 풍동에서 소음과 효율을 시험한 초고 바이패스비 터보팬 엔진 모형입니다.
출처: NASA/GRC/BRIDGET CASWELL · 퍼블릭 도메인 · NASA 그림 창고 원본 ↗

💡 생활 속 예시

풍선을 불어 입구를 손에서 놓으면 공기가 뒤로 빠져나가며 풍선이 반대쪽으로 날아갑니다.
소방 호스로 물을 세게 뿜으면 호스를 잡은 소방관이 뒤로 밀리는 힘을 버텨야 합니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

흡입구 — 둘레의 공기를 엔진 안으로 계속 들입니다.
압축기 — 여러 줄의 날개가 줄마다 공기 압력을 조금씩 높입니다.
연소기 — 눌린 공기에 연료를 조금 섞어 불을 붙여 뜨거운 가스를 만듭니다.
터빈 — 뜨거운 가스를 받아 풍차처럼 돌며, 가운데 축으로 압축기를 돌립니다.
노즐 — 남은 에너지로 가스를 더 빠르게 뒤로 내보내 미는 힘을 냅니다.

흡입구로 들어온 공기를 압축기가 여러 단에 걸쳐 눌러 압력을 높입니다.
연소기에서 연료를 섞어 태우면 가스가 뜨거워집니다.
뜨거운 가스가 터빈을 돌리고, 터빈은 축으로 이어진 압축기를 돌립니다.
노즐을 빠져나간 가스가 뒤로 빠르게 쏘아지고, 그 반작용으로 엔진이 앞으로 밀립니다.

확인된 값

프랭크 휘틀(Frank Whittle)이 터보제트 엔진을 설계해 특허를 낸 해: 1930 출처
같은 무렵 독일의 한스 폰 오하인(Hans von Ohain)도 비슷한 엔진을 만들었다: Hans von Ohain 출처
가스 터빈 엔진으로 처음 난 비행기 — 하인켈 He 178 (1939 년 8 월): 1939-08 출처
휘틀 엔진이 처음 날아오른 때: 1941-05 출처
가스를 뒤로 뿜으면 엔진과 비행기가 앞으로 밀린다: action-reaction 출처
압축기 — 날개 줄마다 압력을 조금씩 높인다: compressor 출처
연소기 — 공기에 연료를 조금 섞어 불붙인다: burner 출처
터빈 — 풍차처럼 돈다: turbine 출처
흡입구 — 둘레의 공기를 계속 엔진 안으로 들인다: inlet 출처
터빈과 압축기는 가운데 축으로 이어져 있다: central shaft 출처
남은 에너지는 노즐에서 빠르기를 키워 미는 힘이 된다: nozzle 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 과학의 역사와 문화 · 변화하는 과학과 세계 [12과사02-05]
일본 · 高等学校物理 (1) 様々な運動

출처

이어서 보기

작용과 반작용 (뉴턴 운동 제3 법칙)

같은 단원 · 탈것과 하늘

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