터보프롭

Turboprop
GE T64 터보프롭(왼쪽 프로펠러, 가운데 부속품이 있는 기어박스, 오른쪽 가스 발생기(터빈) 포함)

터보프롭 엔진은 항공기 [1]프로펠러를 구동하는 터빈 엔진이다.

터보프롭은 흡기, 감속 기어박스, 컴프레서, 연소기, 터빈추진 [2]노즐로 구성됩니다.공기는 흡입구로 유입되어 컴프레서에 의해 압축됩니다.그런 다음 연료가 연소기의 압축 공기에 추가되고 여기서 연료-공기 혼합물이 연소됩니다.고온 연소 가스는 터빈 단계를 통해 팽창하여 배기 지점에서 전력을 생성합니다.터빈에서 발생하는 전력 중 일부는 압축기와 전기 발전기를 구동하는 데 사용됩니다.그런 다음 가스는 터빈에서 배출됩니다.터보젯 또는 터보팬과 달리 엔진의 배기 가스는 상당한 추력을 생성하기에 충분한 에너지를 제공하지 않습니다. 엔진의 거의 모든 출력이 [3]프로펠러를 구동하는 데 사용되기 때문입니다.

기술적 측면

터보프롭 엔진의 작동을 보여주는 개략도
다양한 가스터빈 엔진 구성에 대한 추진 효율 비교

터보프롭의 배기 추력은 축 동력을 위해 희생됩니다. 축 동력은 터빈 팽창에서 추가 동력(컴프레서를 구동하는 데 필요한 것 이상)을 추출하여 얻습니다.터빈 시스템의 추가 팽창으로 인해 배기 제트 내 잔류 에너지가 [4][5][6]낮습니다.그 결과 배기 제트는 전체 [7]추력의 약 10%를 생성한다.추력의 높은 비율은 저속에서는 프로펠러에서 나오고 [8]고속에서는 프로펠러에서 낮아집니다.

터보프롭의 바이패스 비율은 50-100이지만 [9][10]추진 기류는 [11][12]팬보다 프로펠러에 대해 명확하게 정의되어 있지 않습니다.

프로펠러는 감속 기어를 통해 터빈에 결합되어 높은 RPM/저토크 출력을 낮은 RPM/고토크로 변환합니다.프로펠러 자체는 일반적으로 프로펠러 제어 요건이 매우 [13]다르다는 점을 제외하고 대형 항공기 왕복 엔진에 사용되는 것과 유사한 정속(가변 피치) 프로펠러 유형이다.

엔진을 보다 컴팩트하게 하기 위해 역류 기류를 사용할 수 있습니다.역류 터보프롭 엔진의 경우 컴프레서 흡기구가 엔진 후면에 있고 배기구가 전방으로 배치되어 터빈과 [14]프로펠러 사이의 거리가 줄어듭니다.

터보팬 제트 엔진에 사용되는 작은 직경의 팬과는 달리, 프로펠러는 큰 직경을 가지고 있어 많은 양의 공기를 가속할 수 있습니다.이는 주어진 추력 양에 대해 낮은 기류 속도를 허용합니다.낮은 속도에서는 [15][16]적은 양의 공기보다 적은 양의 공기를 가속하는 것이 더 효율적이기 때문에, 낮은 디스크 부하(단위 디스크 면적당 스러스트)는 항공기의 에너지 효율을 증가시켜 연료 [17][18]사용을 감소시킨다.

프로펠러는 비행 속도가 날개 끝을 통과하는 기류가 음속에 도달할 때까지 잘 작동합니다.이 속도를 넘어서면 프로펠러를 구동하는 동력이 프로펠러 추력으로 변환되는 비율이 급격히 떨어집니다.이러한 이유로 터보프롭 엔진은 0.6–0.7 [7]마하보다 빠르게 비행하는 항공기에는[4][5][6] 사용되지 않는다.그러나 터보프롭 엔진과 매우 유사한 프로판 엔진은 0.75 마하로 근접하는 비행 속도로 순항할 수 있다.광범위한 공기 속도에서 프로펠러 효율성을 유지하기 위해 터보프롭은 일정한 속도(가변 피치) 프로펠러를 사용합니다.정속 프로펠러의 블레이드는 항공기 속도가 증가함에 따라 피치가 높아집니다.이러한 유형의 프로펠러의 또 다른 장점은 활주로에서 정지 거리를 줄이기 위해 역추력을 발생시키는 데도 사용할 수 있다는 것이다.또, 엔진 고장시에는, 프로펠러를 페더링 할 수 있기 때문에, 기능하지 [19]않는 프로펠러의 항력을 최소한으로 억제할 수 있다.

파워 터빈은 가스 발생기 섹션과 통합되어 있을 수 있지만, 오늘날 많은 터보프롭은 별도의 동축 축에 자유 파워 터빈을 갖추고 있습니다.따라서 컴프레서 [20]속도에 관계없이 프로펠러가 자유롭게 회전할 수 있습니다.

역사

앨런 아놀드 그리피스는 1926년에 압축기 설계에 관한 논문을 발표했다.Royal Aircraft Assignment의 후속 작업에서는 프로펠러를 구동하는 축 압축기 기반 설계를 조사했습니다.1929년부터 Frank Whittle은 엔진에서 발생하는 모든 가스 출력을 제트 [21]추력을 위해 사용하는 원심 압축기 기반 설계에 대한 작업을 시작했습니다.

세계 최초의 터보프롭은 헝가리 기계 엔지니어 Györgi Jendrassik에 의해 [22]설계되었다.옌드라식은 1928년에 터보프롭 아이디어를 발표했고 1929년 3월 12일에 그의 발명품에 대한 특허를 취득했다.1938년 그는 소규모(100Hp, 74.6kW) 실험용 [23]가스터빈을 건설했다.예상 출력 1,000 bhp의 더 큰 젠드라식 Cs-1은 1937년에서 1941년 사이에 부다페스트간즈 워크스에서 생산되고 테스트되었다.15개의 압축기와 7개의 터빈 스테이지의 고리형 연소실을 갖춘 축류 설계입니다.1940년에 처음 작동한 연소 문제로 인해 출력이 400 bhp로 제한되었습니다.1941년 전쟁으로 엔진이 폐기되고 공장은 종래의 엔진 생산으로 전환되었다.

1945년 3월, Hucknall의 테스트 장비에서 Rolls-Royce RB.50 Trent.

일반 대중 매체에서 터보프롭 엔진에 대한 첫 언급은 1944년 2월호 영국 항공 간행물 Flight에서 나왔는데, 여기에는 미래의 터보프롭 엔진이 어떻게 보일 수 있는지에 대한 상세한 컷어웨이 그림이 포함되어 있다.이 그림은 미래의 롤스로이스 트렌트가 어떤 [24]모습일지 매우 근접했다.최초의 영국 터보프롭 엔진은 롤스로이스 RB.50 트렌트(Rolls-Royce RB.50 Trent)로, 감속 기어와 로톨 7피트 11인치(2.41m) 5블레이드 프로펠러가 장착된 개조된 Derwent II였다.글로스터 유성 EE227(유일한 "트렌트-메테오르")에는 두 개의 트렌트가 장착되었으며,[25][26] 이는 세계 최초의 터보프롭 동력 항공기가 되었다.그것은 1945년 9월 20일에 처음 비행했다.트렌트에 대한 경험을 바탕으로 롤스로이스는 군용 및 민간용 [27]형식 인증을 받은 최초의 터보프롭 엔진인 롤스로이스 클라이드(Rolls-Royce Clyde)와 역사상 가장 신뢰할 수 있는 터보프롭 엔진 중 하나인 다트를 개발했습니다.다트 생산은 50년 이상 계속되었다.다트를 동력으로 하는 비커스 비자카운트는 어떤 종류의 터보프롭 항공기든 생산에 들어가 [28]대량으로 판매된 최초의 항공기였다.그것은 또한 최초의 네 개의 엔진 터보프롭이었다.첫 비행은 1948년 7월 16일이었다.세계 최초의 엔진 터보프롭 항공기는 1948년 [29]3월 24일 처음 비행한 암스트롱 시델리 맘바 동력불튼발리올이었다.

Kuznetsov NK-12는 서비스를 시작하는 가장 강력한 터보프롭입니다.

소련은 융커스 모토렌베르케의 터보프롭 예비 설계 작업을 기반으로 했고 BMW, 하인켈-히르트, 다임러-벤츠 등도 설계 [30]프로젝트를 진행했다.소련은 보잉의 B-52 스트래토포트리스에 버금가는 제트추진 전략폭격기의 기체를 만드는 기술을 가지고 있었지만, 그 대신 4대의 쿠즈넷소브 NK-12 터보프로펠러로 구동되는 투폴레프 Tu-95 베어(최고 속도에서 초음속까지 8개의 회전하는 프로펠러)를 제작했다.대부분의 임무에서 제트 순항 속도에 버금가는 속도인 575mph를 초과하는 속도.곰은 그들의 가장 성공적인 장거리 전투기와 감시기이자 20세기 말 소련 전력투사의 상징으로 사용되었다.미국은 1950년대 일부 실험 항공기에 Alison T40과 같은 역회전 프로펠러를 장착한 터보프롭 엔진을 사용했다.T40으로 움직이는 컨베어 R3Y 트레이드윈드 비행선은 미 해군에 의해 짧은 시간 동안 운용되었다.

최초의 미국 터보프롭 엔진은 General Electric XT31실험용 Consolidated Vultee XP-81[31]처음 사용되었습니다.XP-81은 터보프롭과 터보젯 동력을 조합한 최초의 항공기인 1945년 12월에 처음 비행했다.Alison의 초기 T38 설계 기술은 록히드 일렉트라 여객기, P-3 오리온, C-130 허큘리스 군 수송기에 사용되는 Alison T56으로 발전했다.

최초의 터빈 구동, 축 구동 헬리콥터는 찰스 케이먼의 K-125 싱크로프로퍼개발K-225로 1951년 [32]12월 11일 보잉 T50 터보샤프트 엔진을 사용해 동력을 공급했다.

사용.

수송기, 2,500대 이상의 록히드 C-130 헤라클레스가 제작되었다.

터보팬과 달리 터보프롭은 프로펠러(및 배기)의 제트 속도가 상대적으로 낮기 때문에 725km/h(450mph; 390노트) 미만의 비행 속도에서 가장 효율적입니다.현대 터보프롭 여객기는 소형 지역 제트 여객기와 거의 같은 속도로 운항하지만 승객 [33]1인당 연료의 3분의 2를 태운다.그러나 터보젯(속도와 연비 향상을 위해 높은 고도에서 비행할 수 있음)에 비해 프로펠러 항공기는 천장이 낮습니다.

비치킹에어와 슈퍼킹에어터보프롭 비즈니스 항공기로 2018년 5월[34] 현재 모두 7,300여개의 사례를 보유하고 있다.

피스톤 엔진에 비해 더 큰 동력중량 비(이륙 시간을 단축할 수 있음)와 신뢰성은 높은 초기 비용, 유지 보수 및 연료 소비를 상쇄할 수 있습니다.제트연료는 외딴 지역의 아바스보다 구하기 쉽기 때문세스나 캐러밴이나 퀘스트 코디악 같은 터보프롭으로 움직이는 항공기가 덤불비행기로 사용된다.

터보프롭 엔진은 일반적으로 아음속 소형 항공기에 사용되지만 투폴레프 Tu-114470kn(870km/h, 541mph)까지 도달할 수 있다.투폴레프 Tu-95같은 대형 군용기Lockheed L-188 Electra와 같은 민간 항공기 또한 터보프롭 동력을 받았다.에어버스 A400M은 11MW(15,000hp) Kuznetsov NK-12에 이어 두 번째로 강력한 터보프롭 엔진인 Europ TP400 엔진 4개로 구동됩니다.

2017년에 가장 널리 운항된 터보프롭 여객기는 ATR 42/72(950대), 봄바디어 Q400(506대), 드 하빌랜드 캐나다 대시 8-100/200/300(374대), 비크래프트 1900(328대, 드 하빌랜드 캐나다 DHC-6 쌍둥이 오터(2702대),[35] 3402대시)였다.BAe Jetstream 31, Embraer EMB 120 브라질리아, Fairchild Bearingen Metroliner, Dornier 328, Saab 2000, Xian MA60, MA600MA700, Foker 27 및 50 이 보급되지 않은 오래된 여객기이다.

터보프롭 비즈니스 항공기에는 Piper Meridian, Socata TBM, Pilatus PC-12, Piaggio P.180 Avanti, Beechcraft King AirSuper King Air가 포함됩니다.2017년 4월, 전 세계 [36]비행대에는 14,311개의 비즈니스 터보프롭이 있었다.

신뢰성.

2012년과 2016년 사이에 ATSB는 터보프롭 항공기로 연간 83회, 140만 비행 시간 이상, 10,000시간당 2.2회 417개의 이벤트를 관찰했다.세 가지는 엔진 오작동 및 단일 엔진 Cessna 208 Caravan의 계획되지 않은 착륙과 관련된 "고위험"이었고, 네 개의 "중위험"과 96%의 "저위험"이었다.농업용 항공기의 엔진 오작동과 지형 충돌로 인한 경미한 부상자가 2건 발생했고, 공중 작업 관련 사고는 농업용 4건, 에어 [37]앰뷸런스용 1건 등 5건이었다.

최신 엔진

Jane's All the World's Aircraft. 2005–2006.

제조원 나라 지정 건조중량(kg) 이륙 정격(kW) 어플
DEMC 중화인민공화국 WJ5E 720 2130 하얼빈 SH-5, 시안 Y-7
유로롭 인터내셔널 유럽 연합 TP400-D6 1800 8203 에어버스 A400M
제너럴 일렉트릭 미국 CT7-5A 365 1294
제너럴 일렉트릭 미국 CT7-9 365 1447 CASA/IPTN CN-235, Let L-610, Saab 340, 수호이 Su-80
제너럴 일렉트릭 미국 체코 공화국 H80 시리즈[38] 200 550–625 Thrush 모델 510, Let 410NG, L-410 터보렛 UVP-E, CAIGA Primus 150, Nextant G90XT
제너럴 일렉트릭 미국 T64-P4D 538 2535 에어이탈리아 G.222, 드 하빌랜드 캐나다 DHC-5 버팔로, 가와사키 P-2J
허니웰 미국 TPE331 시리즈 150–275 478–1650 Aero/Rockwell Turbo Commander 680/690/840/960/1000, Antonov An-38, Ayres Thrush, BAe Jetstream 31/32, BAe Jetstream 41, CASA C-212 Aviocar, Cessna 441 Concept II, Dornier 228, General M.n 멀린, 페어차일드 바싱엔 메트로라이너, HAL HTT-40
허니웰 미국 LTP 101-700 147 522 에어 트랙터 AT-302, 피아지오 P.166
KKBM 러시아 NK-12MV 1900 11033 안토노프 An-22, 투폴레프 Tu-95, 투폴레프 Tu-114
진보. 우크라이나 TV3-117VMA-SB2 560 1864 안토노프 An-140
크리모프 러시아 TV7-117S 530 2100 일류신 IL-112, 일류신 IL-114
진보. 우크라이나 AI20M 1040 2940 안토노프 An-12, 안토노프 An-32, 일류신 IL-18
진보. 우크라이나 AI24T 600 1880 안토노프 An-24, 안토노프 An-26, 안토노프 An-30
LHTEC 미국 LHTEC T800 517 2013 Ayres LM200 로드마스터(빌드되지 않음)
OMKB 러시아 TVD-20 240 1081 안토노프 An-38
프랫 & 휘트니 캐나다 캐나다 PT-6 시리즈 149–260 430–1500 에어트랙터 AT-502, 에어트랙터 AT-602, 에어트랙터 AT-802, 비크래프트 모델99, 비크래프트 킹에어, 비크크래프트 1900, 비크크래프트 T-6 텍산II, 세스나 208 캐러밴, 세스나 I25/코르세어퀘스트s PC-6 Porter, Pilatus PC-12, Piper PA-42 Sheyenne, Piper PA-46-500TP Meridian, Shorts 360, Daher TBM 700, Daher TBM 850, Daher TBM 900, Embraer EMB 314 Super Tucano
프랫 & 휘트니 캐나다 캐나다 PW120 418 1491 ATR 42-300/320
프랫 & 휘트니 캐나다 캐나다 PW121 425 1603 ATR 42-300/320, 봄바디어 Dash 8 Q100
프랫 & 휘트니 캐나다 캐나다 PW123 C/D 450 1603 봄바디어 Dash 8 Q300
프랫 & 휘트니 캐나다 캐나다 PW126 C/D 450 1950 BAe ATP
프랫 & 휘트니 캐나다 캐나다 PW127 481 2051 ATR 72
프랫 & 휘트니 캐나다 캐나다 PW150A 717 3781 봄바디어 Dash 8 Q400
PZL 폴란드 TWD-10B 230 754 PZL M28
RKBM 러시아 TVD-1500S 240 1044 수호이 Su-80
롤스로이스 영국 다트 Mk 536 569 1700 Avro 748, Foker F27, Vickers Viscount
롤스로이스 영국 타인 21 1085 4500 Aeritalia G.222, Breguet Atlantic, Transall C-160
롤스로이스 영국 250-B17 88.4 313 후지 T-7, 브리튼 노먼 터빈 아일랜드, O&N 세스나 210, 솔로이 세스나 206, 프로젯 보난자
롤스로이스 영국 앨리슨 T56 828–880 3424–3910 P-3 오리온, E-2 호크아이, C-2 그레이하운드, C-130 허큘리스
롤스로이스 영국 AE2100A 715.8 3095 사브 2000
롤스로이스 영국 AE2100J 710 3424 신마이와 US-2
롤스로이스 영국 AE2100D2, D3 702 3424 알레니아 C-27J 스파르타, 록히드 마틴 C-130J 슈퍼 헤라클레스
라이빈스크 러시아 TVD-1500V 220 1156
토성 러시아 TAL-34-1 178 809
터보메카속 프랑스. 아리우스 1D 111 313 Socata TB 31 오메가
터보메카속 프랑스. 아리우스 2F 103 376
월터. 체코 공화국 M601 시리즈[39] 200 560 Let L-410 터보렛, Aerocomp Comp Air 10 XL, Aerocomp Comp Air 7, Ayres Thrush, Dornier Do 28, Lancair Projet, L-37T, L-420, Myasishhev M-101T, PAC-24 Progresserchesche recher
월터. 체코 공화국 M602A 570 1360 L-610 렛츠
월터. 체코 공화국 M602B 480 1500

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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참고 문헌

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추가 정보

외부 링크