터보샤프트

 

1. 개요
2. 역사
3. 작동원리
3.1. 터보프롭과의 차이점
3.2. 특징
3.2.1. 장점
3.2.2. 단점
4. 적용분야
4.1. 선박
4.2. 육상차량
4.3. 철도차량
4.4. 항공기
4.5. 화력발전
5. 터보샤프트 엔진 제작회사
6. 관련 문서
7. 참고 링크


1. 개요

[image]
영어: Turboshaft
독일어: Gasturbine[1]
기관 내부에서 연료를 연소시켜 그 폭발력으로 터빈을 돌려서 회전력을 얻는 가스터빈 형식의 내연기관이다.

2. 역사

터보샤프트 엔진은 원래는 보조 동력 장치(APU, auxiliary power unit)의 용도로 고안되었지만, 작으면서도 출력과 신뢰성이 높아서 회전익 항공기 엔진의 주력을 꿰차게 되었다. 터보샤프트 엔진은 헬리콥터의 엔진으로 인기가 높아 현대적인 헬리콥터라면 으레 터보샤프트 엔진을 탑재하게 되었다. 또한 폭발적인 출력을 요구하는 군용 함선에도 자주 사용되고 있다.
여러 장점 때문에 한때 차세대 전차 엔진으로 각광받아 미국과 소련이 각각 차세대 주력 전차의 엔진으로 선정했으나 형편없는 연비같은 단점 또한 많기 때문에 대부분의 국가에서는 다시 디젤 엔진으로 돌아가고 있다.
물론 어디나 예외는 있어서, 미군은 여전히 m1 에이프람스 주력 전차의 엔진으로 터보샤프트 가스터빈 엔진을 고수하고 있는 중이다.

3. 작동원리


3.1. 터보프롭과의 차이점

일단 배기 가스의 폭발력을 회전 운동으로 전환하는 가스터빈 내연기관이라는 점에서는 터보프롭과 다를 것이 없어 보인다.
그러나 터보프롭의 추진축이 터빈과 이어져 있는 것과 달리, 터보샤프트에는 압축기용 터빈과 동력용 터빈이 기계적으로 이어져 있지 않다.
[image]
이 일러스트에서 보듯, 동력축 터빈과 압축기 터빈은 기계적으로 이어져 있지 않으며 따라서 각각 돌아갈 뿐이다.
[image]
연소실과 압축기가 직결되지 않은 특이한 형태의 터보샤프트 엔진인 앨리슨 250-C20J의 경우를 보자. 동력축인 녹색 축은 압축기용 터빈의 축인 검은색 축과 아예 별개의 것이다.

3.2. 특징


3.2.1. 장점

  • 동력축 터빈과 압축기 터빈이 따로 떨어져 있기 때문에 감속기어의 기어비를 크게 해야 할 필요성 자체가 사라진다.
  • 왕복엔진에 비해 기관의 소형화 및 대출력화가 가능해지면서도 진동이 적어 헬리콥터의 운용상 신뢰성을 비약적으로 향상시켰다.
  • 고속운전이 가능하다.
  • 윤활계통의 간소화 및 윤활유 소비량 저감을 실현 가능하다.
  • 다양한 연료를 쓸 수 있다.[2]
  • 빠르게 가속 가능하다.
  • 시동이 빠르다.
  • 동일 출력에서 피스톤 엔진보다 소음을 저감하기 쉽다. 터빈엔진의 소음은 고음이며, 고음대역은 흡수율이 높아 거리에 따라 감쇄가 빠르다. [3]

3.2.2. 단점

  • 비싸다.
  • 저속 및 대기상태에서의 연비가 나빠서 지상을 달리는 차량에는 대체로 적합하지 않다.[4][5]
  • 왕복엔진보다 대응의 신속성이 떨어진다. 즉 출력 레벨이 큰 폭으로 변해야 하는 경우나, 시동직후 풀가동 상태까지의 소요시간이 길거나 하는 문제가 있다.
  • 사막 등 이물질이 많이 들어오는 환경에선 터빈 손상이 쉬워 정비요소가 늘어난다.

4. 적용분야


4.1. 선박


4.2. 육상차량


4.3. 철도차량


4.4. 항공기


4.5. 화력발전

  • 대다수의 미국 민수용 가정용 비상발전기가 터보샤프트 방식으로 구동됨.

5. 터보샤프트 엔진 제작회사


6. 관련 문서


7. 참고 링크


[1] 독일어에서는 터보샤프트와 가스터빈을 모두 Gasturbine라는 한 용어로 뭉뚱그려서 지칭하기도 한다.[2] 실제로 미군의 M1 에이브람스는 터보샤프트 엔진을 쓰는데, 주로 쓰는 연료는 JP-8 항공유지만 디젤, 휘발유는 물론이고 보드카나 향수를 넣어도 작동이 된다. 그리고 이 기능 덕분에 혼유문제가 발생하지 않는다.[3] 그래서 M1 에이브람스의 엔진은 기존의 디젤 피스톤엔진과 다르게 제트엔진 비슷한 소리가 나는데, 이로 인해 승무원들은 이를 죽음의 속삭임이라 부른다.[4] 그래서 M1 에이브람스는 개떡같은 연비 문제 때문에 한동안 난항을 겪게 되었다. 물론 미군은 그냥 연료를 많이 넣는 것으로 해결.[5] 이러한 단점에도 불구하고 유니온 퍼시픽의 기관차 UP GTELs의 경우 대출력을 내기 위해 터보샤프트 엔진을 달았을 뿐더러, 심지어 연료값을 아끼기 위해 여기에 중유, 그것도 벙커C유(!)를 집어넣고 다녔다(...)

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