중국 엔지니어 팀은 두 가지 모드로 작동하는 고급 엔진을 개발하여 항공기가 고도 30km에서 시속 19,756km로 비행할 수 있게 했습니다.
NASA 로터리 엔진이 시험 가동 중인 모습. 사진: NASA
중국 극초음속 무기 연구진이 세계에서 가장 강력한 회전 엔진을 개발했다고 Interesting Engineering이 12월 27일 보도했습니다. 혁신적인 설계로 평가받는 이 새로운 회전 엔진은 항공기를 고도 30km까지 끌어올려 마하 16(시속 19,756km)으로 비행할 수 있습니다. 이 속도에서는 대륙간 비행이 몇 시간밖에 걸리지 않으며 기존 제트 엔진보다 연료 소비량도 훨씬 적습니다.
베이징 기계 연구소의 장 이닝(Zhang Yining)과 동료들이 설계한 이 엔진에 대한 정보는 지난 12월 중국 학술지 '추진 기술(Propulsion Technology)'에 게재된 논문을 통해 공개되었습니다. 이 엔진은 두 가지 모드로 작동합니다. 첫 번째 모드는 마하 7(8,643km/h) 미만의 속도에서 회전하는 연속 연소 엔진(RDE)으로 작동합니다. 외부 공기가 연료와 혼합되어 연소되면서 충격파를 생성합니다. 이 충격파는 환형 챔버 내에서 확산됩니다. 회전하는 동안 충격파는 더 많은 연료를 연소시켜 항공기에 강력하고 지속적인 추력을 제공합니다.
두 번째 모드에서는 항공기가 마하 7 이상의 속도로 비행할 때 충격파가 회전을 멈추고 엔진 후면의 원형 플랫폼에 집중됩니다. 이는 거의 직선에 가까운 간접 폭발 패턴을 통해 추력을 유지하는 데 도움이 됩니다. 연구팀의 설명에 따르면, 연료는 유입되는 공기의 빠른 속도 때문에 후면 플랫폼에 접근하면서 자폭합니다. 엔진은 작동 내내 폭발을 주요 추력으로 사용합니다.
장 교수와 동료들은 연구 논문에서 엔진의 효율을 공개하지 않았습니다. 그러나 이전의 과학적 추정에 따르면, 가연성 가스의 폭발은 화학 에너지의 거의 80%를 운동 에너지로 전환할 수 있습니다. 이는 일반적으로 20~30%의 효율을 달성하고 느리고 부드러운 연소에 의존하는 기존 터보팬 엔진에 비해 상당한 개선입니다. 장 교수 연구팀은 자신들의 설계가 회전 폭발과 선형 폭발을 여러 속도에서 결합한다고 밝혔습니다. 이러한 접근 방식은 많은 장점을 가지고 있으며, 거의 모든 속도 범위에서 최적의 열역학 사이클의 효율을 향상시킬 수 있습니다.
과학자들에 따르면, 두 가지 작동 모드 때문에 새로운 연소 엔진으로의 전환이 어렵다고 합니다. 속도가 마하 7에 가까워지면 회전 폭발 모드가 불안정해집니다. 따라서 간접 폭발 모드를 빠르게 점화해야 합니다. 한 가지 해결책은 공기 흡입 속도를 마하 7에서 마하 4(4,939km/h) 또는 그 이하로 낮추는 것입니다. 이렇게 하면 연료가 충분히 가열되어 자연 발화할 수 있습니다. 또 다른 해결책은 원형 베이스의 직경과 충격파의 각도를 변경하는 등 엔진 내부 구조를 미세하게 조정하는 것입니다. 이러한 변경은 엔진의 전반적인 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 연구진에 따르면, 새로운 엔진은 특별한 작동 조건을 필요로 하지 않으며 대부분의 경우 효율적으로 작동할 수 있습니다.
안캉 ( Interesting Engineering 에 따르면)
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