가스터빈의 역시나 2 차 세계 대전까지 거슬러 올라가죠 그당시 전투기는 대부분 휘발유를 사용하는 휘발유 엔진을 주로 사용합니다.
다수의 피스톤을 모아서 프로펠러를 구동하는 형식인데 몇가지 문제에 봉착합니다.
전투기가 빠른 속도를 위해서는 더 큰 출력의 엔진이 필요했는데 해서 대출력 엔진을 개발하면 엔진의 무게가 증가하게 됩니다.
엔진의 무게가 증가하니 더 빠른 속도를 위해서는 더 큰 출력이 필요해 지는 겁니다.해서 무게의 증가를 최소화 하면서 대출력화를 시도하면.....
더 많은 연료를 소모하게 되고 더 많은 연료를 가지고 다녀야 하고 다시 무게가 증가하고 다시 더 큰 출력이 필요하게 되더라는 한계에 봉착합니다.
즉 악순환이 지속되더라는 거죠.
헌데 영국에서 개발중인데 제트엔진이 독일에서 제작되서 실제 전투기로서 날아다니게 되죠.이놈이 유명한 me-262 라는 최초의 제트전투기입니다.그당시 연합군 전투기는 그 속도를 못 따라갔다고 하죠.단지 후퇴익이라는 기술이 아직 개발이 안됐기 때문에 기동력이 떨어지는 문제점이 있었으나 속도를 이용해서 치고 빠지기는 확실히 위협적이었다고 하는데 너무 늦게 등장하는 바람에 전장의 흐름을 되돌려 놓지는 못했습니다.
제트엔진이 초음속 전투기에 탑재되는 이유중에 하나는 프로펠러는 어느정도 이상 회전 속도를 높이면 공기를 밀어내다 못해서 진공을 만들어 내 버린다는 문제가 발생해 버립니다.
프로펠러가 밀어내는 속도로 공기가 그 빈공간을 채우지 못하게 되고 결국 아무리 회전속도를 높이고 엔진 출력을 높여도 음속 돌파가 불가능 하다는 한계가 발생해 버립니다.
그래서 그냥 공기를 대용량으로 밀어서 추진하는 제트엔진이 대세가 되어 버립니다.
제트엔진이 터보팬엔진으로 발전하고 결국 터보샤프트엔진이 나오게 되는데 헬기의 엔진으로 사용하게 되죠.
갑자기 터빈엔진에 대해서 얘기하는 이유중에 하나가 터빈 엔진을 연료먹는 귀신이다 라고 하는 부분이죠.
현재 일본이나 기타 국가에서는 국책 과제로서 마이크로 터진 엔진을 개발합니다.보통 300 kw 이하의 터빈엔진을 마이크로 터빈이라고 칭하는데 최대 열효율이 40 %에 육박하는 놈도 있습니다.
40% 열효율이면 디젤엔진에 육박하는 효율이죠.
보통 29~30 % 열효율을 보이고 있으니 이정도면 휘발유 엔진정도 수준은 된다는 얘기죠.
가스터빈 엔진에 기어를 달아서 다니는 방식은 가능은 해도 효율은 지극히 떨어집니다만 마이크로 터빈에 고속 회전 발전기를 달아서 배터리 충전해서 운행하는 것은 쓸만한 효율이 나온다는 거죠.
미국에서는 이미 버스에 장착해서 시험운행 중입니다.
일반적인 우리나라 서울시에서 시범 운행중인 전기버스는 배터리 방전되면 운행할수 없는 순수 전기 버스이기나 아니면 하이브리드 버스죠.
미국의 채택한 개념은 심야전기로 버스를 충전하고 낮에는 29kw 정도의 출력을 내는 가스터빈 엔진으로 발전기를 돌려서 충전하면서 다닌다는 개념이죠.
29kw/ 0.75 = 38.6 마력 정도 나오는군요.
너무 낮은 출력이 아니냐 하는 의문도 있겠으나 버스는 고속을 내지 않고 손님을 태우기 위해서 정차도 해야하고 도심지를 지나면서 길막히는 곳에서는 서서 기다리기 때문에 평균용량으로는 그리 낮지 않다는 거죠.
남는 전기는 배터리를 충전하고 모자르면 배터리에서 공급하는 형식으로 가고 있으니까요.
마력대 중량비가 워낙에 낮기 때문에 일정시간 이상 지속적으로 작동시키는 방식으로의 가스터빈은 효율이 높다는 거죠.
그리고 구조가 간단하고 수명도 아주 긴편입니다.보통 4~5 만시간정도의 수명을 보여주고 오버홀 주기도 1 만 시간정도로 아주 긴편이죠.
가스터빈엔진의 가장 큰 특징으로 -20 도에서도 시동이 쉽다는 부분이고 진동이 거의 없다는 것이 가장큰 특징인데 단점으로는 역시나 소음을 잡기 어렵다는 부분이죠.
영국의 재규어의 c-x75 의 경우 작년도 기사로 가스터빈 엔진의 양산에 돌입했다는 얘기도 보이더군요.
가스터빈 엔진을 공부해 보니 개발하는 주요한 이유중 하나는 오염물질 배출이 상당히 낮다는 부분이 작용하더군요.
친환경 엔진이라고 불러도 타당할 정도의 오염물질 배출이 낮다는 부분인데 우리나라 삼성에서도 초소용량 마이크로 가스터진 엔진을 개발했더군요.
출력 용량은 수십와트에 불과해서 문제이기는 한데 뭐 군사작전용 무전기의 전력을 공급하거나 노트북 기동용으로는 충분히 활용가능해 보이더군요.
연료 소모량이 시간당 10 g 정도에 불과할 정도니 말입니다.
순수 전기차라도 배터리 완방시 운행하면서 충전 가능할 정도의 마이크로 가스터빈 엔진의 개발은 필요하지 않을까 싶습니다.
전기차에 피스톤 엔진을 얻고 다닌다...그 무거운 엔진을 말이죠....뭔가 앞뒤가 안 맞는다는 생각을 접을수가 없네요.
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