프롭팬

Propfan
터보프롭 또는 터보팬과 혼동하지 마십시오.
Aéronautique et spatial Safran의 GE36 모형
시리즈의 일부
항공기 추진
샤프트 엔진:
구동 프로펠러, 로터, 덕트 팬 또는 프로판
반응 엔진

오픈 로터 엔진이라고도 불리는 프로팬은 (덕트 팬과는 대조적으로) 터보프롭과 터보 팬에 관련된 개념이지만 두 가지 모두와는 구별되는 항공기 엔진의 일종이다.터보프롭의 연비와 함께 터보팬의 속도와 성능을 제공하도록 설계되었습니다.일반적으로 프로팬은 터보팬의 바이패스 컴프레서(팬 자체)와 마찬가지로 짧고 꼬임성이 높은 다수의 블레이드로 설계됩니다.이러한 이유로 프로팬은 "전도되지 않은 팬"(UDF) 또는 "울트라 하이 바이패스(UHB)" 터보 팬으로 다양하게 묘사되어 왔습니다.

정의.

다양한 가스터빈 엔진 구성에 대한 추진 효율 비교

1970년대에 해밀턴 스탠다드는 프로팬을 "얇은 첨단 에어포일 단면을 가진 스윕 블레이드를 가진 작은 직경의 고부하 다중 블레이드 가변 피치 추진기"라고 표현했으며, 이는 날개 사이의 공기 흐름을 지연시켜 압축성 손실을 줄이고 터빈 엔진으로 작동하도록 설계된 나셀과 통합되었다.1단 감속기 사용으로 [1]고성능을 얻을 수 있습니다."1982년, 주간 항공 잡지 Flight International은 프로펠러를 8-10개의 고도로 스위프된 블레이드가 장착된 프로펠러로 정의했습니다. 프로펠러는 390-480노트(시속 450-550마일, [2]720-890km)의 속도로 순항했지만, 그 정의는 몇 년 후 역회전 프로펠러의 [3]등장으로 발전했습니다.

1986년, 영국의 엔진 제조업체 롤스로이스는 프로팬의 원래 의미와 동의어로 오픈 로터라는 용어를 사용했다.이 조치는 프로팬 엔진 [4]유형을 당시 프로팬이 있었던 다수의 덕트 엔진 제안에서 설명하는 것이었습니다.2000년대까지 오픈 로터(OR)는 연구 및 뉴스 보도에서 프로판 기술의 선호 용어가 되었으며, 반대 회전 오픈 로터(CROR)는 단일 회전 프로판을 구별하기 위해 가끔 사용되기도 했다.2015년 현재, 유럽항공안전청(EASA)은 오픈 로터를 구체적으로 (그러나 대략적으로) "케이스 안에 밀폐되지 않은 터빈 엔진 팬 스테이지"라고 정의했다. 대조적으로, 오픈 로터 엔진(21세기에 프로펠러에 대해 더 일반적으로 사용되는 용어)은 "컨트롤을 특징으로 하는 터빈 엔진"이라고 부르며 작동 정의만 가지고 있었다.케이스 안에 밀폐되어 있지 않은 a형 팬 스테이지.엔진은 가스터빈을 사용하여 터보프롭처럼 수축되지 않은(개방된) 반대 프로펠러를 구동하지만, 프로펠러의 디자인은 터빈 설계와 더욱 밀접하게 결합되어 있으며, 두 가지 장치는 단일 [5]유닛으로 인증되었습니다.

El-Sayed는 날개 수, 날개 모양, 팁 속도, 바이패스 비율, 마하 수, 순항 [6]고도 등 11가지 기준에 따라 터보프롭과 프로판을 구분합니다.

역사

독일 항공우주공학자들이 천음속 비행기의 항력을 줄이기 위해 쓸개 날개를 사용하는 아이디어를 탐구하기 시작한 지 약 10년 후, 1940년대에 해밀턴 스탠다드는 엔진 프로펠러에 비슷한 개념을 적용하려고 시도했다.그것은 초음속 팁 스피드를 가진 고도로 스위프된 프로펠러 블레이드를 만들어냈다. 그래서 노출된 프로펠러를 가진 엔진은 새로운 터보제트와 터보팬 엔진을 통해서만 얻을 수 있는 속도와 순항 고도를 비행할 수 있었다.이러한 블레이드의 초기 테스트에서는 해결할 수 없는 블레이드 플래터 및 블레이드 응력 문제가 발견되었으며 높은 노이즈 레벨도 장애물로 간주되었습니다.터보젯과 터보팬의 인기는 프로펠러 연구를 축소시켰지만, 1960년대에 가스터빈에 의해 구동되는 노출된 프로펠러가 마하 0.7–0.8의 속도와 35,000 피트 (11,000 미터)의 고도에서 비행하는 여객기에 동력을 공급할 수 있다는 연구 결과가 나오면서 관심이 증가했다.프로판이라는 용어는 이 [7]시기에 만들어졌다.

프로팬 컨셉과 유사한 최초의 엔진 중 하나는 4,710파운드(21.0킬로뉴턴)의 Metrovick F.5로, 엔진 후면에 2개의 상반된 팬(전면 팬 14개, 후면 팬 12개)이 장착되었으며 1946년에 처음 가동되었습니다.그러나 칼날은 대부분 [8]닦이지 않은 상태였다.일반 항공기에 탑재된 다른 역회전 프로펠러 엔진으로는 소련의 투폴레프 Tu-95 고속 군용 폭격기와 안토노프 An-22 군용 수송기에 탑재된 4개의 강력한 Kuznetsov NK-12 엔진(각각 동축 역회전 프로펠러 세트에 동력을 공급함)과 암스트롱 시들리 마마(MDa)이 있다.브리티시 페어리 가넷 대잠수함 항공기의 동축 역회전 프로펠러 1세트에 연결된 기네.두 장치 모두 전면 프로펠러와 후면 프로펠러에 크게 밀리지 않은 4개의 블레이드가 있었다.

1970~1980년대

1973년 석유위기로 1970년대 초 석유가격이 급등하자 프로팬에 대한 관심이 높아졌고 NASA가 지원하는 연구도 [9]가속화하기 시작했다.프로팬 컨셉은 1975년 유나이티드[10] 테크놀로지스 해밀턴 스탠다드 사업부의 칼 로하바흐와 브루스 메츠거가 개략적으로 설명했으며 1979년 [1]해밀턴 스탠다드의 로하바흐와 로버트 코넬이 특허를 취득했다.이후 유사한 추진기에 대한 제너럴 일렉트릭(General Electric)의 연구 결과, 엔진 나셀 바깥쪽에 압축기 날개와 동일한 축에 배치된 변형 터보 팬 엔진인 비전도 팬이라는 이름이 채택되었습니다.

이 시기 동안 프로펠러 문제는 고칠 수 있게 되었다.티타늄 금속 및 흑연과 같은 구조 재료와 수지를 주입한 유리 섬유 복합 재료에 대한 발전이 이루어졌습니다.이러한 재료는 블레이드 구조에서 알루미늄과 강철 금속을 대체하여 블레이드를 더 얇고 [11]튼튼하게 만들었습니다.컴퓨터 지원 설계는 블레이드의 특성을 개선하는 데도 유용했습니다.블레이드는 더 높은 동력 부하와 원심력으로 휘어지고 휘어지기 때문에 초기 설계는 움직이는 형태에 기초해야 했습니다.컴퓨터의 도움을 받아 블레이드 설계자는 제조 목적에 [12]최적인 언로드 형상을 찾기 위해 과거로 작업을 진행했습니다.

비행 시험 프로그램

NASA 프로팬 테스트 평가를 위한 8블레이드 9.0피트(2.7m) 직경의 해밀턴 표준 프로펠러를 탑재한 앨리슨 501-M78 엔진의 지상 테스트 설치.

미국의 대형 항공기 프로펠러 제조업체인 해밀턴 스탠다드는 1970년대 [13]초에 프로팬 개념을 개발했다.해밀턴 스탠다드는 [14][15]NASA와 함께 수많은 변형을 시험했다.

Propfan Test Assessment(PTA) 프로그램 하에서 록히드-조지아는 걸프스트림 II를 프로팬 개념의 기내 테스트베드로 사용할 것을 제안했고 McDonnell Douglas는 같은 목적을 [16]위해 DC-9를 수정할 것을 제안했습니다.NASA는 록히드사의 제안을 선택했다.걸프스트림 II는 왼쪽 날개에 나셀을 추가해 6,000마력(4,500kW) 앨리슨 570 터보프롭 엔진(보잉 버톨 XCH-62 중형 리프트 헬리콥터를 위해 개발된 XT701 터보샤프트에서 파생)을 탑재했다.엔진은 8개의 날개, 9피트 직경(2.7m, 110인치, 270cm), 단일 회전 해밀턴 스탠다드 SR-7 프로팬을 사용했다.앨리슨 501-M78로 [17]명명된 이 테스트 엔진은 9,000파운드힘(40kN)[18]의 추력 정격을 가지고 있었다.그것은 [19]1987년 3월 28일 비행 중에 처음 운용되었다.약 5,600만 달러가 [20]소요된 이 광범위한 시험 프로그램은 1988년 [21]3월 25일 완료되기 전까지 73편의 비행과 133시간 이상의 비행 시간을 끌었다.그러나 1989년 시험대 항공기는 [22][23]비행 중 지상 소음 수준을 측정하기 위해 4월 3일부터 14일까지 공중으로 복귀했다.그 후 엔진이 제거되었고, 그 항공기는 그해 [24]말 우주왕복선 훈련용 항공기로 개조되었다.

1988년 Farnborough Air Show에서 맥도널 더글러스 MD-80 시승기를 탄 GE36.톱니바퀴가 없는 팬엔진의 전경은 11.67피트(3.56m)로, 전방에 8개 또는 10개의 블레이드(특정 구성에 따라 다름)와 후방에 8개의 블레이드가 있습니다.

미국 제너럴일렉트릭(GE)이 프랑스 파트너인 스네크마(현 사프란)가 35% 참여한 GE36 Unelated Fan(UDF)은 원래 프로팬 개념을 변형한 푸셔 구성 피스톤 엔진이었다.GE의 UDF는 감속 변속 장치가 저속 7단 자유 터빈으로 대체되는 새로운 직접 구동 방식을 채택했습니다.터빈 로터 한 세트는 앞쪽 프로펠러 세트를 구동하고, 뒤쪽 세트는 반대 방향으로 회전하는 다른 세트로 구동했습니다.터빈은 7단 14개의 블레이드 열을 가지고 있었다.각 단계는 서로 반대되는 한 쌍의 [25]행이었다.1950년대부터 문제가 많은 기어박스를 경계해 온 에어프레이머들은 GE의 기어리스 버전의 프로팬을 [12]좋아했다.보잉은 7J7 플랫폼에 GE의 푸셔 UDF 엔진을 제공하려고 했고(순항속도는 마하 0.[26]83이었다), 맥도넬 더글라스도 MD-94X 여객기에 같은 것을 제공하려고 계획했다.GE36은 1986년 [27]8월 20일 보잉 727-100의 #3 엔진 스테이션에 탑재된 첫 비행 테스트를 받았다.7J7의 GE36 UDF는 25,000파운드(110kN)[28]의 추력을 가질 계획이었지만 GE는 일반적으로 UDF 컨셉이 9,000~75,000파운드(40~334kN)의 추력 범위를 커버할 수 있으므로 UDF 엔진은 GE의 CF6 제품군의 추력을 능가할 수 있다고 주장했다.

맥도넬 더글러스는 프로팬으로 구동되는 MD-91 및 MD-92 파생 모델 및 MD-94X 클린시트 항공기에 대비하기 위해 동체 장착 엔진(DC-9 이전 모델처럼)으로 인해 프로팬에 적합한 회사 소유의 MD-80을 개조하여 개념 증명 항공기를 개발했다.좌측 JT8D 터보팬 엔진을 GE36으로 교체했습니다.시험 [29]비행은 1987년 5월에 시작되었으며, 이는 설계의 내공성, 공기역학 특성 및 소음 신호를 증명하였다.초기 테스트 후, 후미 동체 내부에 일등석이 설치되었고 항공사 임원들은 UDF로 구동되는 항공기를 직접 체험할 수 있는 기회를 제공받았다.GE 장착 시연 항공기의 시험 및 시판 비행은 1988년에 완료되었으며, 터보 팬으로 구동되는 MD-80에 비해 연료 소비량이 30% 감소했으며, 3단계 소음 준수 및 낮은 수준의 실내 소음/진동을 보였다.GE36은 MD-92X에서 동일한 25,000파운드힘(110kN)의 추력을 가지지만, 더 작은 MD-91X에서는 동일한 엔진이 22,000파운드힘(98kN)의 추력으로 감압됩니다.MD-80은 1989년 4월에 578-DX 프로팬을 사용해 비행 테스트에 성공했습니다.프로팬은 앨리슨 XT701에서 파생되어 해밀턴 스탠다드 프로펠러로 제조된 앨리슨 엔진 컴퍼니(당시 제너럴 모터스의 자회사)의 프로토타입이었습니다.이 엔진 프로그램은 Alison과 United Technologies의 또 다른 부서인 엔진 제조업체인 Pratt & Whitney가 공동으로 개발했습니다.경쟁 차종인 GE36 UDF와 달리 578-DX는 LP 터빈과 프로판 블레이드 사이에 감속 변속 장치가 있어 상당히 재래식이었습니다.제트 연료 가격 하락과 마케팅 우선 순위 변화 때문에 더글러스는 그해 말 프로팬 프로그램을 보류했다.

PW-Allison 578-DX 엔진이 같은 MD-80 테스트베드에 설치되어 있다.회전하는 기어드 프로팬 엔진은 직경 3.5m(11.6피트)로 앞쪽에 6개, 뒷쪽에 6개의 블레이드가 있습니다.

기타 제안된 응용 프로그램

미래의 프로팬을 동력으로 하는 여객기에 대한 기타 발표는 다음과 같다.

  • Fokker FXX는 1982년에[30] 연구된 100-120인승 프로팬으로 움직이는 항공기이다.
  • MPC-75, 80인승 마하 0.76 크루즈 속도, 서독의 Messerschmitt-Bölkow-Blohm(MBB)과 중국항공기술수출입공사(CATIC)가 개발한 1,500nmi(1,700mi; 2,800km) 지역 항공기.스러스트 특정 연료 소비(TSFC) 0.240 및 0.519lb/(lbf)h)(6.8 및 14.7g/(k)s)의 정적 추력 및 순항 시 4,374 및 993kgf, 42.90 및 9.74kN), 9.1m 직경의 프로프라 날개에서 85in(2.1m)의 직경을 각각 통과한다.)정 드러스트, PW–Allison 501-M80E,[31일]그 후엔 그 T406(그 물수리의 동력 장치 군사 지정)으로부터 노심 가지고 있는 것처럼 108직경(2.7m)이번 프롭팬. 엔진을 묘사하는 미국 해군의 오스프리tiltrotor 항공기에 전력을 공급할 선정된501-M80C 터보 샤프트에서 파생된 것 프롭팬. 엔진, 끝냈다.프로0.51lb/(lbf)h)의 TSFC로 순항 시 2,450lbf(1,110kgf; 10.9kN)의 추력을 제공하는 판(14g/(kNµs)[32]: 1090
  • 400 k 순항 속도(460 mph; 740 km/h)의 ATR 92는 아비온 드 트랜스포트 리저널(ATR, 프랑스 에어로스파셜과 이탈리아 [33]에어이탈리아 간의 합작 사업)과 스페인 콘스쿠시옹 에어론카사(SASA)[34]의 5인승 또는 6인승 100석 항공기이다.
  • Aerospatiale AS.100은 1,500nmi(1,700mi; 2,800km), 30,000ft(9,100m) [36]고도에서 마하 0.74–0.78의 순항 속도, 80-100석의 용량을 가진 지역 항공기로서[35] UDF 또는 앨리슨 틸트[34] T406 엔진 프로팬 버전으로 구동될 수 있다.
  • ATRA-90(Advanced Technology Regional Aircraft)은 다국적 기업 페스트리(Pesri)가 공동으로 제작한 항공기로서, 항속거리 1,500–2,100nm(1,700–2,400m; 2,800–3,900km) 및 순항 속도 마하 0.8의 83~115인승 항공기이다.B(서독) 및 포커(네덜란드)[36]
  • 이 투폴레프 Tu-334는보다 불과 0.46kg/kg-thrust/hour, 1.6tonnes-force(3,500lbf이고, 16kN)의 유람선 추력 및 정적 thr의 특정한 연료 소모량을 가진 두개의 프로그레스(또한 Lotarev으로 알려져)D-236 propfans[37]에 의해서 동력이 공급되 11,430 kg적재물(25,200 lb,는 길이가 11.43t;12.60-short-ton)과 1,860개의 nmi(2,140 mi, 대신 km)여행할 수 있는126-seat 항공기이다.ust8 ~ 9 tf (18,000 ~20,000 lbf, 78 ~88 kN)[38]
  • 8200kW 11,000hp 프로펠러 2대를 탑재한 4터보프롭 안토노프 An-12 전술 트랜스포터의 후속 모델인 Il-88은 프로그레스 D-236 프로펠러[39] 2대를 탑재한다.
  • 일류신 IL-118은 4터보프롭 일류신 IL-18 [40]여객기의 개량형이다. 1984년에 제안된 이 항공기는 대신 두 개의 D-236 프로펠러로 구동되며, 각 엔진의 앞부분 프로펠러는 1,100rpm의 속도로 회전하고 뒷부분 프로펠러는 1,000rpm의 낮은 소음과[41] 진동으로 회전한다.
  • 4대의 Progress D-18T 터보팬을 55,100파운드힘(245.2kN) Kuznetsov NK-62 프로팬으로[42] 교체한 Antonov An-124 재엔진

사양

그러나 이러한 프로젝트는 (터보팬에 비해) 과도한 실내 소음과 낮은 연료 [43]가격 때문에 결실을 맺지 못했다.제너럴 일렉트릭의 경우, GE36 UDF는 CFM International 합작 사업에서 동등한 파트너인 Snecma와 함께 제작한 CFM56 하이바이패스 터보팬을 대체하기 위한 것이었습니다.1980년대에 엔진은 처음에는 International Aero Engines의 경쟁 모델인 IAE V2500에 비해 경쟁력이 없었습니다.1986년 12월, Snecma의 회장은 개발 중인 CFM56-5S2가 CFM56 제품군을 위해 만들어진 마지막 터보팬이 될 것이며, "터보팬에 더 많은 돈을 쓰는 것은 의미가 없다"고 선언했다.UDF는 [44]미래입니다.그러나 V2500은 1987년에 기술적인 문제에 부딪혔고 CFM56은 큰 판매 탄력을 받았다.제너럴 일렉트릭은 1979년 첫 주문을 받기 5년 전에 GE36이 CFM56을 탈취하는 것에 흥미를 잃었고, "UDF는 이전 기준에 의해 신뢰성이 높아졌지만 터보팬은 그보다 훨씬 더 좋아졌다."제너럴 일렉트릭은 보잉 777을 위해 생산된 가장 강력한 [45]제트 엔진인 GE90에 UDF의 블레이드 기술을 직접 추가했다.

1990년대

1991년 파리 에어쇼에서 Yak-42E-LL 테스트베드 항공기의 프로그레스 D-236 프로판 엔진.

1990년대 초 소련과 러시아는 프로그레스 D-36 터보팬의 코어를 기반으로 하는 기어 역회전 프로펠러 엔진인 프로그레스 D-236의 비행 시험을 실시했는데, 프로그레스 D-36은 앞 프로펠러에 8개의 날개, 뒷 프로펠러에 6개의 날개였다.테스트베드 중 하나는 일류신 Il-76에 장착된 10,100마력(7,500kW)의 프로팬으로, 정체불명의 4개의 프로팬 [46]항공기를 위한 하노버 ILA 90 에어쇼로 날아갔다.D-236은 Il-76에서 [47]총 70회의 비행시험 시간 동안 36회 비행했다.다른 테스트베드는10,990 hp(8195kW), 14피트 단위(4.2m170420;)) 야코블레프 Yak-42E-LL고 1991년 파리 에어 쇼로 날아가 버려 쌍둥이 propfan engines,[48]랑 베이스150-seat 버전에서 460의 속도로 1900nmi(2,200mi, 3,500km)과 크루즈 여행을 범위로 하지 않는 선정된 Yak-46 항공기에 장착된다.kn(530mph, 850km/h, 780ft/s, 240m/s)([49]마하 0.75).[50]소련은 D-236이 실제 공기역학 효율은 28%, 연료 절약률은 30%라고 주장했다.또, 정격 전력 14,100, 30,200 hp(10,500, 22,500 kW)[46]의 프로판도 공개했습니다.

프로그레스 D27 프로팬이 안토노프 An-70에 장착되었습니다.

Progress D-236과 마찬가지로 Progress D-27 프로팬 엔진은 전면 블레이드 8개와 후면 블레이드 [50]6개를 갖춘 역회전 프로팬이지만, D-27은 첨단 복합 블레이드를 채택하여 두께 대 척도의 비율이 낮아지고 [51]선단의 곡률이 두드러집니다.1985년에 출시된 엔진인 D-27은[52] [53]14,000hp(10,440kW)의 출력과 27,000lbf(119kN)의 추진력을 제공합니다.1995년 첫 비행과 1997년 [54]취항 예정이었던 우크라이나 안토노프 An-180은 후면에 장착된 D-27 프로팬 2대가 추진했다.1994년 1월, 안토노프는 [53]동체 상단에 장착된 날개에 부착된 4대의 프로그레스 D-27로 구동되는 An-70 군용 수송기의 첫 시제품을 출시했다.러시아 공군은 2003년 164대를 주문했다가 취소했다.2013년 현재, An-70은 [55]화물선으로서 여전히 전도유망한 미래가 있다고 여겨졌다.그러나 프로펠러 D-27의 프로펠러 부품이 러시아의 SPE 에어로실라에 의해 만들어졌기 때문에, An-70은 우크라이나와 러시아의 정치적 갈등으로 인해 차질을 빚게 되었다.대신, 안토노프는 2018년에 터키와 협력하여 An-70을 새로운 브랜드인 [56]An-77로 재개발하여 러시아 공급업체의 참여 없이 항공기가 현대 요구 사항을 준수할 수 있도록 하였다.

21세기

21세기 첫 10년 동안 제트 연료 가격 상승으로 인해 배기 가스 배출을 줄이기 위해 엔진/기체 효율에 대한 중요성이 높아졌고, 이로 인해 보잉 787과 에어버스 A350XWB를 넘어 제트 여객기에 대한 프로팬 개념에 대한 관심이 다시 높아졌다.예를 들어, Airbus는 2개의 후방 장착 역회전 프로팬을 [57]갖춘 항공기 설계를 특허 취득했습니다.Rolls-Royce는 후면(푸셔) 구성 RB.509-11 및 전면(트랙터) 구성 RB.509-14 기어드 프로팬 설계를 채택하여 XG-40[58] 엔진에서 공급되는 가스 발생기를 사용하여 15,000~25,000파운드힘(6,800~11,300kgf, 67~111kN)의 추력을 발생시켰습니다.1980년대에[60] 프로판 기술에 미온적으로 변했지만, Irkut MS-21 협체 항공기의 [61]최종 후보로 생각되는 오픈 로터 설계를 개발했다.Rolls-Royce RB3011 엔진의 직경은 약 170인치(430cm; 14ft; 4.3m)이며 16,000축 hp(12,000kW) [62]변속 장치가 필요합니다.

2017년 사프란 오픈 로터 목업.

유럽위원회는 지난 2008년 8년간 6500만유로를 지원받은 클린스카이 프로그램 내에서 사프란 주도로 오픈로터 시연을 시작했다.2015년에 시승기를 조립하여 2017년 5월에 이스트레스의 야외 테스트 장비에서 지상 테스트를 실시하여 연료 소비 및 관련2 CO 배출량을 현재의 CFM56 터보팬 [63]대비 30% 절감하는 것을 목표로 하였습니다.2017년 말 지상시험 완료 후 사프란 기어드 오픈로터 엔진은 기술준비수준 [64]5에 도달했다.시승기의 12날 전면 프로펠러와 10날 후면 프로펠러의 지름은 각각 13.1피트(4.0m와 3.8m, 160인치와 150인치, 400cm와 380cm)였다.스네크마 M88 전투기의 핵심을 기반으로 한 이 시승기는 최고 12,200마력의 힘을 사용하며, 약 22,000파운드힘(100kN)의 추진력을 제공하며,[65] 마하 0.75의 속도로 순항할 것이다.그러나 Safran의 미래 오픈 로터 엔진은 최대 직경이 약 14.8피트(4.50m; 177인치; 450cm)[66]가 될 것이다.

2007년 프로그레스 D-27은 국제민간항공기구(ICAO) 4장 [67]표준에 해당하는 미국 연방항공청(FAA) 4단계 규정을 충족하도록 성공적으로 수정되었다.2012년 업계 연구에 따르면 프로판 소음은 4단계 [68]규제에서 허용하는 것보다 10-13데시벨 더 조용할 것으로 예상됐다.5단계 소음 한계치는 프로판 소음 범위 내에서 유효 인식 소음 데시벨(EPNdB)[69]을 7개만 감소시킨다.이 연구는 또한 개방형 로터가 터보팬보다 [68]9% 더 연비가 높지만 10-12데시벨의 소음은 유지할 것으로 예측했다.Snecma는 자사의 프로팬 엔진은 CFM LEAP 터보팬 [70]엔진과 거의 같은 수준의 노이즈를 가질 것이라고 주장했다.

2021년 CFM은 2025년까지 비행 테스트를 시작할 수 있도록 풀러/트랙터의 능동형 정지기와 짝을 이루는 1단 기어 구동 프로팬을 생산하기 위한 RISE(Revolutionary Innovation for Sustainable Engine) 개발 프로그램을 발표했습니다.로터의 지름은 12~13피트(3.7~4.0m)로 예상됐다.엔진은 20,000–35,000파운드힘(9,100–15,900 kgf; 89–156 kN)의 추력을 발생시키고 연료 효율은 20% 증가할 것으로 예상되었다.동사는, 배출량 삭감을 세계적으로 중시하는 것이 동기의 일환이라고 주장했다.이 엔진은 수소와 지속 가능한 항공 연료를 모두 지원하도록 계획되었다.엔진은 소형 고압 코어 및 배기열로 연소 공기를 예열하는 환열 시스템과 고온 섹션의 세라믹 매트릭스 복합 재료 및 수지 전사 성형 복합 팬 블레이드를 포함할 것으로 예상되었습니다.이 설계에는 로터 외에도 흐름 회수 베인으로 작동하는 가변 피치 고정자 블레이드의 비회전 세트가 포함됩니다.이 설계는 팬-압력 비율을 높이고 로터 부하를 줄여 공기 속도를 높입니다.팬 스테이지에는 고속 부스터 컴프레서와 고속 저압축 구동 프론트 변속 장치가 전원을 공급합니다.이 엔진은 기체 통합이 [71]복잡해 기존 컨트롤러/엔진이 아닌 통합 엔진으로 인증될 예정이다.CFM은 12개의 탄소 섬유 복합 블레이드를 갖춘 공기역학적 3차원 로터를 계획했습니다.CFM RISE 엔진의 바이패스비는 75입니다.[72]

과제들

블레이드 설계

터보프롭은 약 450mph(390kn; 720km/h)[73] 이하의 최적 속도를 가지고 있는데, 이는 초음속 바로 아래에서 발생하는 파동 항력으로 알려진 효과로 인해 프로펠러가 고속에서 효율을 잃기 때문입니다.이 강력한 끌림은 갑작스럽게 시작되었고, 1940년대에 처음 마주쳤을 때 음속의 장벽이라는 개념으로 이어졌다.이 효과는 프로펠러가 음속에 근접할 정도로 빠르게 회전할 때마다 발생할 수 있습니다.

이 문제를 해결하는 가장 효과적인 방법은 프로펠러에 블레이드를 추가하여 더 낮은 회전 속도로 더 많은 전력을 공급하는 것입니다.이것이 제2차 세계 대전 전투기의 많은 디자인이 두 개 또는 세 개의 블레이드 프로펠러로 시작되었지만, 전쟁이 끝날 무렵에는 최대 다섯 개의 블레이드를 사용했다; 엔진이 업그레이드되면서, 그 힘을 보다 효율적으로 변환하기 위해 새로운 프로펠러가 필요했다.블레이드를 추가하면 프로펠러의 균형과 유지보수가 어려워지고 블레이드를 추가하면 드래그와 효율 문제로 인해 약간의 성능 저하가 발생합니다.그러나 이러한 종류의 조치에도 불구하고, 궁극적으로 프로펠러 블레이드 팁의 회전 속도와 결합된 비행기의 전진 속도는 다시 파동 항력 문제를 야기할 것입니다.대부분의 항공기에서 이러한 현상은 약 450mph(390kn; 720km/h) 이상의 속도에서 발생합니다.

스윕 프로펠러

파도의 저항을 줄이는 방법은 1935년 독일 연구자들에 의해 발견되었는데, 그것은 날개를 뒤로 쓸어내는 것이다.오늘날, 450mph(390 kn; 720 km/h)를 훨씬 상회하도록 설계된 거의 모든 항공기는 쓸린 날개를 사용한다.프로펠러 내부가 외부보다 회전 방향으로 천천히 움직이기 때문에 블레이드는 점차 외부로 더 많이 뒤로 쓸려나가 1909년 이전까지 사용되었던 쇼비에르 2날 목재 프로펠러에서 사용된 스키미타와 유사한 곡면 모양을 만들어 냅니다.블레이드는 실제로 회전 방향으로 앞으로 스위프되어 후방으로 스위프된 블레이드 선단에 의해 발생하는 비틀림에 대응합니다.[74]해밀턴 스탠다드 시험용 프로팬은 날개 끝부분에서 39도까지 점진적으로 쓸어내려 날개 끝부분의 나선형 속도가 [75]마하 1.15였음에도 불구하고 추진력을 낼 수 있었다.

GE36 UDF 및 578-DX의 블레이드는 회전 시 최대 팁 속도가 약 750–800 ft/s(230–240 m/s; 510–550 mph; 820–880 km/h)[76]로, 이는 기존 터보 [77]팬의 프로펠러 블레이드의 최대 팁 속도의 약 절반입니다.이 최대 블레이드 팁 속도는 프로펠러 직경이 넓거나 좁아도 일정하게 유지됩니다([3]각각 RPM 감소 또는 증가).

또한 블레이드를 얇게 함으로써 저항을 줄일 수 있으며, 이는 블레이드의 전방 공기가 압축되어 충격파가 발생하기 전에 블레이드가 도달할 수 있는 속도를 높입니다.예를 들어 Hamilton Standard 테스트 프로팬의 블레이드는 스피너 접합부의 20% 미만에서 선단부의 2% 및 중간 [75]경간부의 4%로 가늘어지는 두께 대 조정 비율을 가지고 있었습니다.Propfan 블레이드는 [78]당대 최고의 프로펠러 블레이드에 비해 두께 대 조정 비율이 약 절반이었고 가장자리가 면도칼처럼 [12][79]얇아졌으며 무게는 20파운드(9.1kg)[80]에 불과했습니다.(Boeing 727에서 테스트된 GE36 UDF 엔진의 앞부분과 뒷부분의 블레이드는 각각 22.5파운드와 21.5파운드(10.2kg과 9.8kg)였습니다.[81]

다른 유형의 항공기 엔진과 프로팬의 비교.

노이즈

프로팬의 주요 문제 중 하나는 노이즈입니다.1980년대 프로판 연구는 소음을 줄이는 방법을 발견했지만, 연료 효율의 감소로 프로판의 장점을 일부 완화시켰다.

소음을 줄이는 일반적인 방법에는 팁 속도를 낮추고 블레이드 하중을 줄이는 방법 또는 블레이드 표면적의 단위당 추력의 양이 포함됩니다.날개 하중과 유사한 개념으로, 추력 요건을 낮추거나 블레이드의 양, 폭 및/또는 길이를 늘림으로써 블레이드 하중을 줄일 수 있다.터보프롭 또는 단일 회전 프로판보다 소리가 클 수 있는 반대 회전 프로판의 경우 소음도 다음과 [82]같이 낮출 수 있습니다.

  • 프로펠러 간 간격 증가
  • 후면 프로펠러 블레이드가 전면 프로펠러의 날개 끝 소용돌이를 절단하지 않도록 전면 프로펠러의 날개 길이보다 짧게 유지(날개-날개 상호 작용);
  • 음향 보강을 방지하기 위해 두 프로펠러에 서로 다른 수의 블레이드를 사용한다.
  • 전면 프로펠러와 후면 프로펠러를 서로 다른 속도로 회전시켜 음향 [41]보강을 방지합니다.

커뮤니티 노이즈

엔진 제조업체들은 프로판 구현이 효율의 이점을 희생하지 않고 (실내와 달리) 지역사회 소음 규정을 충족시킬 것으로 기대하고 있습니다.일부에서는 프로팬의 회전 속도가 낮기 때문에 터보팬보다 지역사회에 미치는 영향이 적을 수 있다고 생각합니다.기어드 프로팬은 같은 이유로 [83]미기어 프로팬보다 유리해야 한다.

2007년 프로그레스 D-27은 국제민간항공기구(ICAO) 4장 표준에 부합하며 [67]2006년에 채택된 미국 연방항공청(FAA) 4단계 규정을 충족하도록 성공적으로 수정되었다.A2012년 무역 연구는 최대 소음 레벨은 4기 규제에 의해 허용된 기존의 열려 있는 로터 기술에서 그 소음이 될 것이다10–13 데시벨 조용한;(는 2018년에 반영해 준 것 더 큰 항공기에 4기 규제를 과시하는 ICAO장 14소음 기준의 2014년)m. 있는 새로운 단계 5소음 한계[68]으로 전망했다광석7개의 유효 인식 소음 데시벨(EPNdB)[69]만 4단계 요건보다 제한적이므로 5단계 표준에 의해 현재의 프로팬 기술이 방해를 받아서는 안 됩니다.또한 기존 기술 수준에서는 개방형 로터가 터보팬보다 [68]9% 더 연비가 높지만 10~12데시벨의 소음은 유지될 것으로 예측했습니다.그러나 스넥마는 오픈로터 테스트 결과 프로팬 엔진은 2016년 서비스를 시작한 CFM LEAP 터보팬 [70]엔진과 거의 동일한 소음 수준을 가질 것으로 나타났다고 주장했다.

지면으로부터 소음을 보호하도록 항공기 구조를 재설계함으로써 추가적인 감소를 달성할 수 있다.예를 들어 또 다른 연구에서는 기존의 튜브-윙 항공기 대신 프로판 엔진을 사용하여 하이브리드 날개 본체 항공기에 동력을 공급할 경우 ICAO 4장 [84]요건에 비해 소음 수준을 38 EPNdB까지 줄일 수 있다고 추정했다.2007년 영국의 저가항공사인 이지젯은 150~250인승의 EcoJet 컨셉트 항공기를 선보였는데, 이 항공기는 V탑재형 오픈로터 엔진을 후면 동체에 연결하고 U-tail로 [85]차폐했다.에어버스, 보잉, 롤스로이스와 항공기 생산을 [86]위한 논의를 시작했지만 실패했다.

크기

100–150명의 승객을 태우는 쌍발 항공기는 120–168인치(300–430cm; 10.0–14.0ft; 3.0–4.3m)[75]의 프롭팬 직경이 필요하며, 236인치(600cm; 19.7ft; 6.0m)의 프로펠러 직경을 가진 프롭팬은 이론적으로 약 60,000파운드(270Kn)의 [87]추력을 낼 수 있다.이들 사이즈는 30을 넘는 높은 바이패스비를 달성하지만 동등한 [65]기능을 가진 터보팬 엔진의 약 2배입니다.이러한 이유로 에어프레이머는 일반적으로 공기역학적 목적을 위해 T-테일 구성으로 엠펜니지를 설계하고 프로팬은 후면 동체 상부에 부착할 수 있습니다.Rolls-Royce RB3011 프로판 프로토타입의 경우 각 엔진의 중심을 [88]동체 측면에 연결하려면 약 8.3피트(2.54m; 100인치; 254cm) 길이의 주탑이 필요합니다.프로팬을 날개에 장착하면 날개가 높은 날개 구성으로 항공기에 부착되어 지나치게 긴 착륙 기어를 필요로 하지 않고 지상 공간을 확보할 수 있습니다.동일한 양의 출력 또는 추력을 얻기 위해 비전도 팬은 기어드 [89]프로펠러보다 짧은 블레이드를 필요로 합니다.단, 전체적인 설치 문제는 여전히 적용됩니다.

출력 정격

터보프롭과 대부분의 프로팬은 터보팬과 UDF 프로팬 타입이 출력하는 추력(shp)에 의해 정격이 되는 것과 달리 생성되는 샤프트 마력(shp)에 의해 등급이 매겨집니다.경험의 법칙은 정적 엔진을 사용하는 해수면에서는 1축 마력(750와트)이 대략 2파운드(8.9N)의 추력과 동일하지만, 순항 고도에서는 약 1파운드(4.4N)의 추력으로 바뀐다.즉, 이론적으로 2개의 25,000파운드힘(110kN) 엔진을 12,000–13,000축 hp(8,900–9,700kW) 프로판 [3]또는 2개의 25,000파운드힘(110kN) UDF 프로판으로 교체할 수 있습니다.

프로팬이 장착된 항공기

주요 카테고리 : 프로팬 탑재 항공기

프로팬이 장착된 제안된 항공기

참고 항목

동등한 엔진

관련 리스트

레퍼런스

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일반 자원

  • 프로펠러 팬 추진 개념:테크놀로지 리뷰, 설계 방법, 최첨단 설계 및 장래 전망.레이먼드 스콧 시제크입니다버지니아 대학교 기계항공공학과상급 논문 프로젝트2002년 3월 25일

참고 문헌

외부 링크