터보 컴파운드 엔진

Turbo-compound engine
네이피어 노마드 엔진. 동력회수 터빈은 2행정 디젤 엔진 아래에 위치한다.

터보 컴파운드 엔진은 터빈을 사용하여 배기가스로부터 에너지를 회수하는 왕복 엔진이다. 많은 고출력 항공기 엔진에서 볼 수 있듯이 그 에너지를 사용하여 터보차저를 구동하는 대신에, 에너지는 엔진에 의해 전달되는 총 출력을 증가시키기 위해 출력축으로 보내진다. 터빈은 보통 라이트 R-3350 듀플렉스-사이클로네에서와 같이 크랭크축에 기계적으로 연결되어 있지만, 전기 및 유압 동력 회수 시스템도 조사되어 왔다.

이 복구 공정은 연료 소비량을 증가시키지 않기 때문에 특정 연료 소비량, 즉 연료 사용량의 전력 비율을 줄이는 효과가 있다.[1] 터보 컴파운딩은 터보제트 엔진이 도입되기 전에 상용 항공기와 유사한 장거리, 장기 보험 역할에 사용되었다. 듀플렉스-사이클로네를 사용한 예로는 더글라스 DC-7B와 록히드 L-1049 슈퍼 Constellation이 있으며, 다른 설계에서는 생산 용도가 나타나지 않았다.

개념

대부분의 피스톤 엔진은 고온 배기가스를 가지고 있는데, 이 배기가스에는 여전히 상당한 미개발 에너지가 포함되어 있어, 추출할 경우 추진에 사용될 수 있다. 터빈은 종종 그러한 기체 흐름에서 에너지를 추출하는 데 사용된다. 전통적인 가스 터빈은 고압, 고속의 공기를 공급받고, 그것으로부터 에너지를 추출해내고, 더 낮은 압력, 더 느리게 움직이는 흐름으로 남는다. 이 작용은 업스트림 압력을 증가시키는 부작용이 있는데, 이는 엔진의 역압을 증가시켜 실린더에서 나오는 배기 가스의 청소량을 감소시켜 복합 엔진의 피스톤 부분의 효율을 떨어뜨리기 때문에 피스톤 엔진과 함께 사용하는 것이 바람직하지 않다.[2]

1930년대 후반에서 1940년대 초까지 이 문제에 대한 하나의 해결책은 "제트 스택" 배기 다지관의 도입이었다. 이것들은 단순히 배기 포트에 부착된 금속 파이프의 짧은 부분들로, 공기 흐름과 상호 작용하여 전진 추력을 생성하는 공기 분사기를 만들 수 있도록 형상화되었다. 또 다른 제2차 세계 대전의 도입은 라디에이터 시스템의 열을 복구하기 위해 메러디스 효과를 사용하여 추가적인 추력을 제공하는 것이었다.

후기 시대에 이르러 터빈 발전은 극적으로 향상되었고, "폭발 터빈" 또는 "전력 회수 터빈"으로 알려진 새로운 터빈 설계로 이어졌다. 이 설계는 움직이는 배기의 운동량에서 에너지를 추출하지만, 역압을 눈에 띄게 증가시키지는 않는다. 이는 피스톤 엔진의 배기가스에 연결되었을 때 기존 설계의 바람직하지 않은 영향을 미치지 않는다는 것을 의미하며, 많은 제조업체들이 설계를 연구하기 시작했다.

역사

라이트 R-3350 듀플렉스-사이클로네 터보 컴파운드 방사형 엔진

동력회수 터빈으로 시험한 최초의 항공기 엔진은 롤스로이스 크레시였다. 이것은 크랭크축과 결합되어 15-35%의 추가적인 연비를 제공하긴 했지만, 주로 게이지형 원심형 슈퍼차저를 구동하는 데 사용되었다.[3]

블로 다운 터빈은 전후 시대에 비교적 일반적인 특징이 되었으며, 특히 장시간 과수 비행을 위해 설계된 엔진의 경우 더욱 그러했다. 터보 컴파운딩은 세계 2차 대전 후 나피어 노마드와[4][5] 라이트 R-3350을 포함한 몇몇 비행기 엔진에 사용되었다.[6][7] 라이트 R-3350에 사용되는 3개의 블로 다운 터빈이 부여하는 배기가스 제한은 METO(이륙을 제외한 최대 연속출력) 전력에서 약 550hp(410kW)를 회복하면서 기존의 방사형 엔진에 사용되는 잘 설계된 제트 스택 시스템과 동일하다.[2] R-3350의 경우, 정비 작업자들이 엔진 신뢰도에 부정적인 영향을 미치기 때문에 터빈을 회수하는 터빈이라는 별명을 붙이기도 했다. Napier Deltic, Rolls-Royce Crecy, Rolls-Royce Griffon, Alison V-1710의 터보 컴파운드가 제작되었지만 프로토타입 단계를 넘어서 개발된 것은 없다. 그것은 많은 경우에 단순 터빈에 의해 생성되는 동력이 그것이 부착된 엄청나게 복잡하고 유지보수가 집약적인 피스톤 엔진에 접근하고 있다는 것을 깨달았다. 그 결과 터보 컴파운드 에어로 엔진은 곧 터보프롭과 터보젯 엔진으로 대체되었다.

일부 현대적인 중형 트럭 디젤 제조업체들은 터보 컴파운딩을 그들의 디자인에 통합했다. 1991년부터 생산 중인 디트로이트 디젤 DD15와[8][9] 스캐니아를[10] 예로 들 수 있다.[11][clarification needed]

포뮬러 1은 2014시즌을 시작으로 터보 컴파운딩을 사용하는 1.6L 터보차지 V6 신형 포뮬러로 전환했다. 엔진은 MGU-H라고 불리는 전기 모터/제너레이터에 연결된 단일 터보차저를 사용한다. MGU-H는 터빈을 사용하여 발전기를 구동하여 배기 가스의 폐열을 배터리에 저장하거나 자동차의 파워트레인에서 전기 모터로 직접 전송되는 전기 에너지로 변환한다.

유형 목록

하단의 실제 터보 컴파운드와 상단의 피스톤 엔진에 느슨하게 결합된 가스 터빈을 보여주는 다이어그램

참고 항목

참조

  1. ^ Stimson, Thomas E., Junior (February 1956). "The Race of the Airliners". Popular Mechanics: 113–118. Retrieved 19 February 2016.
  2. ^ a b Facts about the Wright Turbo Compound (PDF). Wood Ridge New Jersey: Curtiss-Wright Corporation:Wright Aeronautical Division. October 1956. Archived from the original (PDF) on 16 February 2010. Retrieved 19 February 2016.
  3. ^ "Rolls-Royce and the Sleeve Valve" (PDF). New Zealand Rolls-Royce & Bentley Club Inc (7–3): 15. 2007. Archived from the original (PDF) on 2010-12-06.
  4. ^ Gunston, Bill (30 April 1954). "Napier Nomad: An engine of outstanding efficiency" (PDF). Flight: 543–551. Retrieved 19 February 2010.
  5. ^ E. E. Chatterton (22 April 1954). "Napier Diesels: An RAeS Lecture" (PDF). Flight: 552. Retrieved 19 February 2010.
  6. ^ "Ten Ideas That Failed: 2 Turbo-compound Piston Engine" (PDF). Flight. 16 December 2003. Retrieved 19 February 2010.
  7. ^ "Super Survivor" (PDF). Flight. 18 June 1997. Retrieved 19 February 2010. in its hey-day, the Connie was often called the world's best tri-motor
  8. ^ "DD15" (video). Detroit Diesel.
  9. ^ "DD15 Brochure" (PDF). Detroit Diesel.
  10. ^ "Scania Turbocompound". Scania Group. Archived from the original on 2010-01-30.
  11. ^ "Scania produces 4 ECO-point engine from Oct 2001". Scania Group. Archived from the original on 2011-08-07. With 440 hp, the new version of Scania's 12-litre turbocompound engine is suitable for Alpine terrain, as well as normal European long-haul and construction operations.
  12. ^ "The Turbo Compounding Boost". 2007.