제트 항공기

제트 항공기(또는 단순히 제트)는 제트 엔진에 의해 추진되는 항공기(거의 고정익 항공기)이다.

프로펠러로 움직이는 항공기의 엔진은 일반적으로 훨씬 낮은 속도와 고도에서 최대 효율을 달성하는 반면, 제트 엔진은 음속보다 훨씬 높은 속도에서 최대 효율을 달성한다. 제트 항공기는 일반적으로 약 마하 0.8 (981 km/h (610 mph)에서 가장 효율적으로 순항하며 고도 약 10,000–15,000 m(33,000–49,000 ft) 이상에서 순항한다.

제트엔진에 대한 생각은 새로운 것이 아니었지만, 관련된 기술적 문제는 1930년대에 이르러서야 풀리기 시작했다. 영국의 발명가 겸 RAF 장교인 프랭크 위틀은 1928년에 실행 가능한 제트엔진을 개발하기 시작했고,^[1] 독일의 한스 폰 오하인은 1930년대 초에 독자적으로 일을 시작했다. 1939년 8월, 터보제트는 세계 최초의 제트 항공기인 하이켈 헤 178을 처음으로 비행했다. 민간 목적과 군사 목적 모두 다양한 종류의 제트 항공기가 존재한다.

역사

첫 번째 동력 비행 이후, 많은 수의 제트 엔진 설계가 제안되었다. 레네 로린,^[2] 모리즈 해리스가 제트기 유출을 위한 시스템을 제안했어

다른 제트엔진이 작동된 후, 루마니아의 발명가 앙리 코안디는 1910년에 제트추진 항공기를 만들었다고 주장했지만, 이 주장을 뒷받침하기 위해, 그는 이후에 그의 실패한 주장을 뒷받침하기 위해 사용한 도면을 상당히 수정해야 했다.^[3] 실제로 덕트 팬 엔진은 역효과를 일으켜 비행이 시작되기 전에 항공기에 불을 지폈고 연료 주입 부족과 고온 제트기 배출이 가연성이 높은 직물 표면을 향하게 될 것이라는 우려 등 제트 엔진에 필요한 거의 모든 기능이 부족했다.^[3]

1920년대와 1930년대에 많은 접근법이 시도되었다. 다양한 모터제트, 터보프롭, 펄스제트 및 로켓 추진 항공기가 설계되었다. 독일에서는 로켓 엔진 연구가 진행되고 있었고 로켓의 힘으로 비행한 최초의 항공기는 1928년 리피쉬 엔테였다.^[4] 엔테호는 이전에 글라이더로 비행한 적이 있었다. 이듬해인 1929년 오펠 RAK.1은 최초로 특수 제작된 로켓 항공기가 되었다.

터보제트는 1930년대에 프랭크 위틀과 후에 한스 폰 오하인이 독자적으로 발명했다. 최초의 터보제트 항공기는 1939년 8월 27일 로스토크(독일)에서 하이켈 헤 178호였다.^[5] 이는 'creep'(엔진 내부의 높은 온도로 인한 금속 피로) 문제가 해결되지 않고, 엔진이 빠르게 타버렸다는 점에서 대체로 개념 증명이었다.

제트추진 항공기의 첫 비행은 1940년 8월 27일 비행한 이탈리아의 카프로니 캄피니 N.1 모터젯 시제품이었다.^[6] 그것은 국제항공연맹(Fédération Aéronautique Internationale)이 인정한 최초의 제트 항공기였다(당시 독일어 헤 178 프로그램은 여전히 비밀에 부쳐져 있었다). 캄피니는 1932년 훨씬 복잡한 용액인 배기가스 대신 피스톤 엔진에 의해 공기가 구동된다는 점에서 진정한 터보제트와 다른 모터제트를 개발하기 시작했다.

영국의 실험용 글로스터 E.28/39는 1941년 5월 15일 프랭크 위틀 경의 터보제트에 의해 구동되어 처음으로 방송에 나왔다.^[7] 미국은 1942년 10월 1일 비행한 제너럴 일렉트릭(General Electric)이 제작한 휘틀 엔진의 두 가지 버전을 사용해 벨 XP-59A를 제작했다. 반면 생산량의 첫번째 명령 Me262항공기 5월 25일 1943,[10]하고 처음으로 생산한 Me262다 생산 예를 그 첫번째 명령 88월 1941,[8]의 시제품을 처음으로 53월은 1943년과 처음으로 생산한 기체 1월 12일 1944,[9]에 비행기로 도착하고 출발에서 만들어진 유성이 처음으로 생산한 제트기.하지 않았다 Me 262 프로그램이 1939년 4월 닥터 발데마르 보이트가 설계한 초기 계획과 함께 프로젝트 1065로 운석보다 일찍 시작했음에도 불구하고 1944년^[11] 3월 28일까지 비행한다.

메서슈미트 Me 262는 제2차 세계대전 당시 독일이 제조해 1944년 4월 19일 아우크스부르크 남쪽의 레흐펠트에서 에르프로붕스코만도 262와 함께 취역한 최초의 작전 제트 전투기였다.^[12] 안미 262는 1944년 7월 26일 제트 전투기의 첫 전투 승리를 거두었다. Me 262는 1941년 4월 18일에 처음 비행하였지만, 그 해 첫 번째 비행대대와 함께 1944년 초에야 대량생산이 시작되어 제2차 세계대전의 결과에 결정적인 영향을 미치기에는 너무 늦었다. 로켓으로 움직이는 메서슈미트 메 163 코메트처럼 파격적인 수단으로 추진되는 더 빠른 항공기가 있었지만, 전쟁 중 가장 빠른 재래식 항공기였다.

1944년 중반 이 무렵, 영국의 글로스터 운석은 V-1 비행 폭탄, 즉 그 자체로 펄스제트 추진 항공기와 순항 미사일의 직접 조상으로부터 영국의 방어를 약속받았고, 그 후 전쟁 마지막 몇 달 동안 유럽 전역에서 지상 공격 작전에 전념하고 있었다. 1944년 독일은 아라도 아르 234 제트 정찰기와 폭격기를 전 역할에서 주로 사용했지만, 헤이켈 헤 162 슈타츠 단제트 경전투기가 1944년 종영하면서 사용하게 되었다. USSR은 1942년 자체 개발한 베레즈냐크-이사예프 BI-1을 시험했으나 1945년 조셉 스탈린에 의해 이 프로젝트는 폐기되었다. 일본 제국 해군도 1945년 나카지마 J9Y 키카 등 접이식 날개를 가진 메 262의 개량형, 약간 작은 버전을 포함한 제트기를 개발했다. 1945년 말까지, 미국은 그들의 첫 번째 제트 전투기인 록히드 P-80 슈팅 스타와 영국의 두 번째 전투기 디자인인 드 하빌랜드 뱀파이어를 도입했다.

미국은 1948년 그들의 첫 제트 폭격기인 북미 B-45 토네이도를 도입했다. 핵무기 운반은 가능하지만 한국 상공의 정찰에 이용되었다. 1950년 11월 8일 한국전쟁 당시 미 공군 중장이었다. F-80을 타고 비행 중인 러셀 J. 브라운은 압록강 인근에서 북한 MiG-15 2대를 요격해 사상 첫 제트-제트 도그 전투에서 격추시켰다. 영국은 1951년 경폭격기로 영국 전기 캔버라를 사용하게 했다. 그것은 어떤 요격미사일보다 더 높고 빠르게 비행하도록 설계되었다.

BOAC는 1952년 드 하빌랜드 혜성 제트 여객기와 함께 런던에서 요하네스버그까지 최초의 상용 제트 서비스를 운영했다. 이 고도로 혁신적인 항공기는 프로펠러 항공기보다 훨씬 빠르고 높게 비행했으며, 훨씬 더 조용하고 부드러웠으며, 숨겨진 제트 엔진이 포함된 세련된 혼합 날개를 가지고 있었다. 그러나 설계 결함과 알루미늄 합금 사용으로 인해 이 항공기는 치명적인 금속 피로를 겪었고 이로 인해 여러 번의 충돌로 이어졌다.^[13]

일련의 충돌은 보잉 707기가 1958년에 취항할 수 있는 시간을 주었고 이것이 민간 여객기 시장을 장악하게 되었다. 저속 엔진은 추진체가 누출될 경우 유리하다는 것이 밝혀져 707호는 혜성과 다소 다르게 생겼는데, 707호는 현대 항공기와 사실상 같은 형태를 띠고 있으며, 예를 들어 오늘날에도 737(후셀리지)과 A340(단일 갑판, 스윕 날개, 4벨)과 함께 현저한 공통성이 뚜렷이 나타난다.aw-wing 엔진.

터보팬 항공기는 1950년대와 1960년대에 취항하기 시작하여 훨씬 더 큰 연비를 가져왔고, 이것이 오늘날 널리 사용되고 있는 제트기의 유형이다.

Tu-144 초음속 수송기는 마하 2.35(시속 2,503km(1,555mph)로 가장 빠른 상업용 제트기였다. 1975년에 서비스를 시작했지만 곧 상업적 서비스에서 철수했다. 마하 2 콩코드는 1976년 취역해 27년간 비행했다.

군용 제트기가 가장 빠른 것은 마하 3.35의 SR-71 블랙버드였다.

기타 제트기

대부분의 사람들은 '제트 항공기'라는 용어를 가스 터빈 기반의 공기호흡 제트 엔진을 가리키는 말로 사용하지만, 로켓과 스크램제트 또한 제트 추진에 의해 추진된다.

크루즈 미사일은 주로 램지트나 터보제트 또는 때로는 터보팬에 의해 구동되는 1회용 무인 제트기지만, 초기 추진용 로켓 추진 시스템을 갖추는 경우가 많다.

가장 빠른 공기호흡 제트기는 마하 9-10의 무인 X-43 스크램제트다.

가장 빠른 유인(로켓) 항공기는 마하 6.85의 X-15이다.

우주왕복선은 X-43이나 X-15보다 훨씬 더 빠르지만, 공중보다는 로켓 추진에 의해 탄도적으로 운반되었기 때문에 상승 중 항공기로 간주되지 않았다. 재진입하는 동안 그것은 무동력 비행기로 분류되었다. 첫 비행은 1981년이었다.

벨 533(1964), 록히드 XH-51(1965), 시코르스키 S-69(1977-1981)는 제트 배기가스가 전방 추력에 추가된 복합 헬리콥터 설계의 예다.^[14] 힐러 YH-32 호넷과 페어리 초경량 헬리콥터는 로터가 팁 제트에 의해 구동되는 많은 헬리콥터들 중 하나이다.

제트 동력 윙수트는 모형 항공기 제트 엔진에 의해 구동되지만 짧은 지속 기간과 높이에서 발사되어야 한다.^[15]

공기역학

그들이 작동하는 방식 때문에 제트 엔진의 전형적인 배기 속도는 트랜소닉 또는 더 빠르기 때문에 대부분의 제트 항공기는 효율적인 비행을 위해 초음속 또는 음속 바로 아래의 속도("트랜소닉")로 고속으로 비행해야 한다. 그러므로 공기역학은 중요한 고려사항이다.

제트 항공기는 일반적으로 휘트콤 영역 규칙을 사용하여 설계된다. 휘트컴 영역 규칙을 통해 코에서 항공기를 따라 어느 지점에서 항공기의 전체 단면적이 시어-해크 본체의 전체 면적과 거의 동일해야 한다고 명시되어 있다. 그러한 특성을 가진 형태는 에너지를 낭비할 충격파의 발생을 최소화한다.

제트엔진

제트 엔진에는 다음과 같은 몇 가지 주요 유형이 있다.

• 터보제트
• 터보팬(낮은 바이패스 터보팬과 높은 바이패스 터보팬 두 가지 형태로 제공됨)
• 로켓을 발사하다

다른 종류들은 다른 목적으로 사용된다.

로켓은 가장 오래된 종류로 주로 초고속이나 극도로 높은 고도가 필요할 때 사용된다. 일반적으로 극도의 극초음속, 배기가스 속도 및 산화제 운반의 필요성 때문에 추진제를 매우 빠르게 소비한다. 이런 이유로, 그것들은 일상적인 운송에는 실용적이지 않다.

터보제트는 두 번째로 오래된 유형으로, 높은 초음속, 배기 속도 및 낮은 정면 단면을 가지고 있어 고속, 보통 초음속 비행에 가장 적합하다. 일단 널리 사용되었지만 아음속 비행의 경우 터보프롭이나 터보팬에 비해 상대적으로 효율성이 떨어진다. 터보제트를 사용한 마지막 주요 항공기는 콩코드기와 Tu-144 초음속 수송기였다.

바이패스 터보팬은 터보제트보다 배기속도가 낮고 소닉, 트랜소닉, 초음속 저속으로 주로 쓰인다. 높은 바이패스 터보팬은 아음속 항공기에 사용되며 상당히 효율적이며 여객기에 널리 사용된다.

비행 특성

제트 항공기는 프로펠러 항공기와 상당히 다르게 비행한다.

한 가지 차이점은 제트엔진이 비교적 느리게 반응한다는 점이다. 이것은 이륙과 착륙 기동을 복잡하게 만든다. 특히 이륙 중 프로펠러 항공기 엔진은 날개 위로 공기를 불어넣어 더 많은 양력과 짧은 이륙을 제공한다. 이러한 차이점들은 몇몇 초기 BOAC 혜성 조종사들을 잡아냈다.^[13]

추진 효율

항공기 전체 추진 효율 ${\displaystyle \eta}$은(는) 차량의 추진체에 포함된 에너지를 유용한 에너지로 변환하여 공기 드래그, 중력 및 가속으로 인한 손실을 대체하는 효율성(%)이다$$. 또한 항공기를 추진하기 위해 실제로 사용되는 기계적 에너지의 비율로 명시할 수 있다. 프로펠러, 제트 배기가스, 팬 등 배기구에 대한 운동 에너지 손실과 추진 메커니즘의 이상 효율보다 낮기 때문에 항상 100% 미만이다. 또한 추진효율은 공기밀도와 공기속도에 크게 좌우된다.

수학적으로 $\eta {\displaystyle }$= ${\displaystyle {}_{}{}_{}}$ ${\displaystyle p_{}}$ ${\$로^[16] 표현되는데 여기서 ${\displaystyle {\eta }_{}}$ c ${\$는 사이클 효율이고 $\eta {\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle p_{}}$ ${\$는 추진 효율이다$$. 사이클 효율(%)은 엔진에 의해 기계적 에너지로 변환되는 에너지원에서 도출될 수 있는 에너지의 비율이다.

제트 항공기의 경우 추진 효율(본질적으로 에너지 효율)은 엔진이 차량 속도와 같거나 거의 동일한 속도로 배기 제트를 방출할 때 가장 높다. 문헌에 제시된 공기 호흡 엔진의 정확한 공식은 다음과 같다.^[17][18]

${\displaystyle \eta_{p}={\frac {2}{1+{\frac {c}{v}}}}}$

여기서 c는 배기 속도, v는 항공기 속도다.

범위

성층권에서 운용하는 장거리 제트기의 경우 음속은 일정하므로 고정된 공격각과 일정한 마하 수로 비행하면 항공기가 상승하게 되며, 국소 음속 값은 변경되지 않는다. 이 경우:

$[\displaystyle V=aM}$

여기서 $M{\displaystyle }$ ${\displaystyle M}$은(는) 크루즈 마하 번호로, ${\displaystyle a}$ 음의 로컬$$ 속도다. 범위 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

${\displaystyle R={\frac {aM}{c_{T}}{\frac {{C_{{L}}{C_{D}}ln{\frac{W_{1}:{2}}:$

프랑스 항공의 선구자 루이 샤를 브레게의 이름을 따서 브레게트 범위 방정식으로 알려져 있다.

참고 항목

• 코안데츠-1910
• 상업항공
• 비행운
• 제트 여객기
• 제트 노이즈
• 점보 제트
• 초경량 제트
• 제2차 세계 대전의 제트 항공기 목록

참조

인용구

참고 문헌 목록

• Butler, Phil; Buttler, Tony (2006). Gloster Meteor: Britain's Celebrated First-Generation Jet. Surrey, UK: Midland Publishing. p. 23. ISBN 1-85780-230-6.
• 루츠 와비츠: The First Jet Pilot – The Story of German Test Pilot Erich Warsitz, Ltd. Pen and Sword Books Ltd, 2009, ISBN 978-1-84415-818-8, English Edition
• Radinger, Will; Schick, Walter Schick (1996). Me 262 (in German). Berlin: Avantic Verlag GmbH. ISBN 978-3-925505-21-8.

외부 링크

• 공식 에리히 와비츠 웹사이트(세계 최초 제트기 조종사), 포함 희귀 동영상(Heinkel He 178) 및 오디오 해설