전체 압력비

Overall pressure ratio

항공공학에서 전체 압력비 또는 전체 압축비는 가스터빈 엔진의 압축기 전면과 후면에서 측정된 정체 압력의 비율입니다.압축비와 압력비라는 용어는 서로 [1]바꿔서 사용합니다.전체 압축비란 흡기 [2]램을 포함한 전체 사이클 압력비를 의미하기도 합니다.

전체 압력비 이력

초기 제트 엔진은 압축기의 부정확한 구조와 다양한 재료 한계로 인해 압력 비율이 제한되었습니다.예를 들어, 제2차 세계대전의 Junkers Jumo 004는 전체 압력비가 3.14:1이었다.전쟁 직후의 Snecma Atar는 이것을 5.2:1로 약간 개선했다.재료, 컴프레서 블레이드, 특히 회전 속도가 다른 멀티 스풀 엔진의 도입으로 오늘날 일반적으로 사용되는 압력 비율이 훨씬 높아졌습니다.

현대의 민간 엔진은 일반적으로 40에서 55:1 사이에서 작동합니다.사용 중인 가장 높은 기종은 General Electric GNX-1B/75로, 순항 고도(Top of Clime)까지 상승 시 OPR이 58이고 [3]해수면에서는 이륙 시 47이다.

전체 압력비가 높은 장점

일반적으로 전체 압력비가 높을수록 효율이 높아지지만 일반적으로 엔진의 무게가 더 나가므로 타협이 있습니다.전체 압력비가 높으면 제트 엔진에 더 큰 면적비 노즐을 장착할 수 있습니다.이는 더 많은 열 에너지가 제트 속도로 전환되고 에너지 효율이 향상됨을 의미합니다.이는 엔진의 고유 연료 소비량 개선에 반영됩니다.

GE Catalyst의 OPR은 16:1이며 열효율은 40%, 32:1 Pratt & Whitney GTF는 50%, 58:1 GNX는 58%[4]입니다.

전체 압력비가 높은 단점

현대 설계에서 압력 비율에 대한 주요 제한 요소 중 하나는 공기가 압축될 때 뜨거워진다는 것입니다.공기가 컴프레서 단계를 통과할 때 컴프레서 블레이드에 재료 고장 위험을 초래할 수 있는 온도에 도달할 수 있습니다.이는 특히 마지막 컴프레서 단계에 해당하며, 이 단계에서 나오는 출구 온도는 엔진 설계에 있어 공통적인 장점입니다.

군사용 엔진은 종종 난방 부하를 최대화하는 조건에서 작동하도록 강제됩니다.예를 들어, General Dynamics F-111 땅돼지는 해수면에서 마하 1.1의 속도로 작동해야 했다.이러한 광범위한 작동 조건과 일반적으로 오래된 기술의 부작용으로, 군사용 엔진은 일반적으로 전체 압력 비율이 낮습니다.F-111에 사용된 Pratt & Whitney TF30은 압력비가 약 20:1인 반면 General Electric F110과 Pratt & Whitney F135와 같은 새로운 엔진은 약 30:1로 개선되었습니다.

또 다른 문제는 체중입니다.압축비가 높으면 엔진이 무거워지고, 따라서 연료가 소모됩니다.따라서 특정 건설 기술 및 비행 계획 세트에 대해 최적의 전체 압력 비율을 결정할 수 있습니다.

예

엔진 전체 압력비 주요 응용 프로그램
제너럴 일렉트릭 GE9X 60:1 777X
롤스로이스 트렌트 XWB 52:1 A350 XWB
제너럴 일렉트릭 GE90 42:1 777
제너럴 일렉트릭 CF6 30.5:1 747, 767, A300, MD-11, C-5
제너럴 일렉트릭 F110 30:1 F-14, F-15, F-16
Pratt & Whitney TF30 20:1 F-14, F-111
롤스로이스/스넥마 올림푸스 593 15.5:1/80:1 초음속[5] 콩코드

다른 유사 용어와의 차이점

이 용어는 왕복 엔진에 적용되는 보다 친숙한 용어 압축비와 혼동해서는 안 됩니다.압축률은 볼륨의 비율입니다.오토 사이클 왕복 엔진의 경우, 전하의 최대 팽창은 피스톤(또는 로터)의 기계적 이동에 의해 제한되므로, 실린더의 부피와 운동 상단 및 하단의 피스톤을 비교하는 것만으로 압축을 측정할 수 있습니다.작동 및 구조적 고려사항이 제한 요소인 "개방형" 가스 터빈은 이와 동일하지 않다.그럼에도 불구하고, 두 용어는 모두 같은 클래스의 다른 엔진에 비해 전체적인 효율을 빠르게 결정할 수 있는 방법을 제공한다는 점에서 유사합니다.

엔진 압력비(EPR)는 OPR이 컴프레서를 빠져나갈 때 흡기 압력과 공기의 압력을 비교하고 항상 1(종종 매우 높음)보다 큰 반면, EPR은 흡기 압력을 엔진 테일파이프의 압력과 비교합니다(즉, 공기를 연소에 사용하고 에너지로 공급한 후).엔진의 터빈 휠(들) 및 저출력 설정 시 종종 1보다 작습니다.

로켓 엔진 효율의 대략적인 척도는 챔버 압력/배출 압력이며, 이 비율은 스페이스 셔틀 메인 엔진의 경우 2000 이상일 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "항공기 가스터빈 엔진과 그 작동" P&W 운영.Instr.200, United Technologies Pratt & Whitney, 1982년 12월, 페이지 49
  2. ^ http://www.ulb.tu-darmstadt.de/tocs/210525592.pdf 페이지 695
  3. ^ Bjorn Fehrm (October 28, 2016). "Bjorn's Corner: Turbofan engine challenges, Part 1". Leeham News.
  4. ^ Bjorn Fehrm (June 14, 2019). "Bjorn's Corner: Why hybrid cars work and hybrid airliners have challenges". Leeham News.
  5. ^ 콩코드: 케네스 오웬의 초음속 개척자 이야기