터보팬
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고바이패스 엔진 중 가장 강력한 GE90-115B의 모습
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군용 저바이패스 엔진들 중 가장 강력한 F135-PW-100의 모습
영어: Turbofan
독일어: Mantelstromtriebwerk
연료의 연소배기가스 및 터빈 외측의 팬으로 압축된 공기로 추력을 얻는 제트 엔진. 바이패스 제트(bypass jet)라는 용어로도 불린다.
터보팬 엔진은 1941년 4월 소련 우크라이나 출신의 엔지니어인 아르킵 미하일로비치 률카(Архип Михайлович Люлька : 1908~1984)가 세계 최초로 개발하였다. 당시 프로토타입이 제작되었고 테스트를 하려 했다고 한다. 하지만 1941년 6월 독소전쟁이 터졌고, 소련은 붕괴된 공군력을 빠르게 재건하기 위해서 기술적 난제가 많은 터보팬 엔진보다는 이미 검증된 일반 가솔린 엔진을 활용한[2] 군용기 생산에 주력하면서 신형 엔진 개발은 뒤로 미뤄둔다.
독일도 소련과는 별개로 1943년에 다임러-벤츠 사에서 터보팬의 원리를 도입한 엔진 개발에 성공했으나, 전시 상황에서 물자부족 및 기술적 난점 등으로 시제품 1대에 그치고 그 이상의 연구는 진척되지 못하였다.[3]
제2차 세계 대전이 끝나고 터보팬 엔진이 다시 등장하는데, 이론상으로는 순수한 의미의 터보제트 엔진보다는 열역학적으로 우수해야 했지만 기술 부족으로 터보제트보다 빠르지도 강력하지 않으면서 구조만 복잡한 엔진으로 평가절하되기도 했다.
그러나 영국의 롤스로이스가 첫 양산형 엔진인 콘웨이(Conway)를 개발하고, 소련의 투폴레프 설계국이 세계 최초로 터보팬 엔진을 장착한 여객기 Tu-124를 개발하면서 터보팬 엔진의 시대가 열린다. 이후 기술혁신을 거듭하여 미 공군의 F-111, 미 해군의 F-14 등을 필두로 높은 추력과 안정성이 요구되는 전투기에도 터보팬 엔진이 채택되면서 터보제트의 독점적 지위는 터보팬이 차지하게 되었다.
그래서 21세기에는 터보제트 엔진을 채택한 항공기보다는 터보팬 엔진을 처음부터, 또는 중도 업그레이드를 통해 장착한 항공기가 민간용 및 군용을 막론하고 압도적으로 다수를 차지하고 있다.
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터보팬 엔진을 앞에서 본 모습. 정면에서 보이는 깃이 많은 바람개비(팬)가 바로 터보팬에서 중요한 역할을 하게 되는 '''팬 블레이드'''다.
터보제트와 생긴 건 비슷해보이나 한 가지 차이점이 있다. 앞부분에 터보제트는 축류압축기라는 여러 겹의 팬들만 있으나, 터보팬은 축류압축기가 있는 것까지는 터보제트와 같지만 축류압축기 앞에 훨씬 큰 팬이 하나 더 장착되어 있는데 이게 바로 팬 블레이드이다. 이 정면 팬으로 가속된 공기가 바이패스 공기라고 하여 이 엔진에서 매우 중요한 역할을 한다.
과거 팬은 크고 깃도 많은 형태가 정석이었으나 지금은 다 옛말이 되어가고 있다. GEnx는 팬 블레이드가 18개다. GE9x에서는 16개로 더 줄어들 예정. 이는 효율성 때문인데, 과거에는 내구성 문제로 팬 블레이드를 얇게 만들어 여러 개를 사용해야 했지만 이는 효율성이 떨어질뿐더러 버드 스트라이크 등의 FOD에도 매우 취약했다. 이후 블레이드 재료의 내구성이 향상되면서 선풍기나 스크류 프로펠러처럼 넓적한 터보팬도 차츰 개발되면서 팬 블레이드를 더 적게 사용하게 된 것이다. 구형 여객기의 엔진과 신형 여객기의 엔진을 보면 확연히 차이가 난다.
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고바이패스 터보팬 엔진의 원리
위의 그림에서 보는 것과 같이, 터보팬 엔진은 2종류의 기체를 뿜어낸다. 팬으로 가속된 공기(Bypass Air, 바이패스 공기, 분홍색)가 연료가 연소된 이후의 배기가스(Combusted Air, 연소된 공기, 붉은색)를 둘러싸는 형태로 되어 있다. 팬, 덕트와 팬 구동용 터빈을 제외하면 나머지는 터보제트 엔진과 동일하다. 동력원은 연소된 공기이며, 이 공기가 연소되는 에너지를 이용해 엔진 앞쪽의 팬을 돌려 바이패스 공기를 만들어낸다. 바이패스된 공기의 경우 프로펠러와 같은 방식으로 작동하게 되는데, 이러면 터보프롭과 다를 게 무엇인가라는 의문을 가질 수 있지만, 터보팬의 경우 팬 주변을 감싸주는 덕트가 존재한다는 차이가 있다. 터보팬의 경우, 노즐로 배출되는 공기의 속도는 줄어들지만, 배출되는 공기의 질량은 늘려 효율을 높이는 구조를 하고 있다. 즉 배출되는 제트의 속도는 느리지만 배출하는 질량이 더 커 출력은 좋은 구조가 된다. 바이패스 공기:연소된 공기의 비율을 Bypass Ratio라 부른다. 예를 들어 이 비율이 10:1 이라면 연소된 공기가 1일 때 그로 인해 발생되는 바이패스 공기가 10 이라는 의미이다.
야구공(적은 질량)을 빠른 속도로 던질 때 100의 추력이 생성된다고 가정하자. 그러면 여기서 속도를 줄이고 질량을 높이는 방식, 비교하자면 농구공(많은 질량)을 느린 속도로 던질 때도 마찬가지로 100의 추력을 생성할 수 있다.
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GE90-115B 터보팬 엔진의 조립 전 모습. 보통 민항기용 터보팬 엔진의 팬 블레이드는 사람보다 크거나 비슷한 크기인 경우도 적지 않다.
터보팬 엔진은 질량유동률을 높여서 추력을 내는 방식이고 터보제트 엔진은 오로지 가스 속도만을 극대화시켜 추력을 낸다. 여기서 제트엔진의 경우 만들어 낼 수 있는 가스속도에 한계가 있지만 팬엔진의 경우 더 높은 추력을 질량유동률을 높여서(즉 한 번에 더 많은 공기를 뒤로 밀어 내서) 만들어 낼 수 있다. 물론 질량유동률을 높이려면 바이패스비가 커야 하는데 그러려면 엔진의 직경 자체가 커지므로 엔진 탑재공간 등에 제약을 받는다. 이 때문에 바이패스비가 높은 고바이패스 팬엔진은 주로 민간여객기나 수송기, 폭격기, 대잠초계기 등 체공시간과 항속거리가 중요한 군용기에, 저바이패스 팬엔진은 전투기 등 속도와 기동성이 중요한 군용기에 쓰인다. 따라서 민간여객기의 팬엔진은 맨 앞의 프로펠러 팬이 거대한 형상이고 군용 전투기의 팬엔진은 프로펠러 팬이 작은 형상이라 그냥 터보제트 엔진이라고 해도 믿을 정도다. 일부 군용 전투기 터보팬은 말이 터보팬이지, 바이패스 되는 공기량이 병아리 눈꼽만해서 반 농담삼아 바이패스되는 공기가 그저 약간 새는 수준(leak)이라고 하기도 한다. 그런데 그 병아리 눈꼽만큼의 바이패스 공기가 애프터버너로 들어가면(실제 그렇게 구성되어 있다) 터보제트 엔진의 애프터버너와는 달리 연료를 더 제대로 연소시키게 되어(터보팬 제트엔진의 코어 - 예전의 터보제트엔진 - 의 배기가스에는 산소가 거의 없겠지만 바이패스 공기의 산소는 그대로다) 뭐야 이거 무서워 수준으로 출력을 뻥튀기 하게 된다.
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실제로 과거에는 터보팬 엔진의 전면 팬이나 터보제트 엔진의 전면 압축기팬 부분을 "제트엔진의 프로펠러"라고 부르기도 하였다.[4] 터보제트와 터보팬을 비롯한 압축기 팬과 터빈이 있는 제트엔진들의 경우 앞부분의 팬을 "프로펠러"라고 칭하는 사람들도 있다. '''그러나 정확히 말하자면 제트엔진의 팬은 프로펠러까지는 아니다.''' 둘 다 회전체이기에 혼동한 것.
프로펠러와 팬은 같은 바람개비 형태이며 날개깃이 있는 회전체로써의 공통점이 있음은 사실이다. 하지만 구분해야 하는 것은, 애초 프로펠러는 어떤 대상을 가속하는데 쓰는 '추진기' 로써의 역할을 하지만 압축기 팬은 대상을 가속하는게 아닌지라 '추진기'가 아니다. 바람개비이자 회전체인 점은 프로펠러와 공통 요소이지만 팬(터빈) = 프로펠러는 아니다. 엄밀히 말하자면 프로펠러와 터빈은 용도면에서 다르므로 완전히 같은 용어는 아니지만 사촌 또는 친척 관계의 회전체라고도 볼 수 있다.[5]
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GE가 생산한 탄소섬유 터보팬 블레이드(왼쪽)와 터보프롭 블레이드(오른쪽). 참조[6]
보잉 777의 제트엔진인 GE90엔진을 제작하여 유명해진 제너럴 일렉트릭에선 이런 재미있는 설명을 하였다.
제너럴 일렉트릭 엔진부에서는 프로펠러 엔진과 제트엔진을 설명할 때도 프로펠러와 팬의 공통점을 서술하였는데, 위에 전술했듯 프로펠러 비행기나 제트비행기 모두, 커다란 팬이 공기를 뒤쪽으로 밀어낸다는 점에서는 공통점이 있다고 설명하고 있다. 물론 이 설명이 프로펠러와 팬이 동일하다는 것은 아니며 비슷한 역할과 형태라는 점을 말하는 것이다.
간혹 제트기들을 겉만 보고 프로펠러가 없는 비행기들이라고 하는 경우가 많은데, 반쯤은 맞는 말이지만 엄밀히는 제트엔진에서 프로펠러는 사라지지 않았다. 그 대신에 엔진 안으로 들어가서 압축기와 팬 블레이드가 된 것이다.
아무튼 팬 블레이드를 일반적인 프로펠러로 생각하는건 오산이다. 팬 블레이드는 프로펠러같이 바람개비 형태이긴 하지만, 엔진 흡입구 안쪽에 존재하므로 블레이드가 접하는 기류의 속도를 음속 아래로 낮추는 등의 설계를 통해 초음속 상황에서도 효율적으로 사용할 수 있다. 민항기는 아음속 순항이 목표이므로 대체로 팬 블레이드가 그대로 드러나지만, 전투기의 경우는 엔진흡입구에서 들어오는 기류의 속도를 공기흡입구의 형상에서 발생하는 충격파 등을 사용해서 팬 블레이드와 압축기가 효율적으로 동작하는 아음속 대로 감속시킨다. 덤으로 이렇게 팬을 통해 바이패스되어 연소에 활용되지 않은 공기는 애프터버너 사용시 산소공급원으로 유용하게 사용된다.
고바이패스 엔진 중 가장 강력한 GE90-115B의 모습
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군용 저바이패스 엔진들 중 가장 강력한 F135-PW-100의 모습
영어: Turbofan
독일어: Mantelstromtriebwerk
1. 개요
연료의 연소배기가스 및 터빈 외측의 팬으로 압축된 공기로 추력을 얻는 제트 엔진. 바이패스 제트(bypass jet)라는 용어로도 불린다.
2. 역사
터보팬 엔진은 1941년 4월 소련 우크라이나 출신의 엔지니어인 아르킵 미하일로비치 률카(Архип Михайлович Люлька : 1908~1984)가 세계 최초로 개발하였다. 당시 프로토타입이 제작되었고 테스트를 하려 했다고 한다. 하지만 1941년 6월 독소전쟁이 터졌고, 소련은 붕괴된 공군력을 빠르게 재건하기 위해서 기술적 난제가 많은 터보팬 엔진보다는 이미 검증된 일반 가솔린 엔진을 활용한[2] 군용기 생산에 주력하면서 신형 엔진 개발은 뒤로 미뤄둔다.
독일도 소련과는 별개로 1943년에 다임러-벤츠 사에서 터보팬의 원리를 도입한 엔진 개발에 성공했으나, 전시 상황에서 물자부족 및 기술적 난점 등으로 시제품 1대에 그치고 그 이상의 연구는 진척되지 못하였다.[3]
제2차 세계 대전이 끝나고 터보팬 엔진이 다시 등장하는데, 이론상으로는 순수한 의미의 터보제트 엔진보다는 열역학적으로 우수해야 했지만 기술 부족으로 터보제트보다 빠르지도 강력하지 않으면서 구조만 복잡한 엔진으로 평가절하되기도 했다.
그러나 영국의 롤스로이스가 첫 양산형 엔진인 콘웨이(Conway)를 개발하고, 소련의 투폴레프 설계국이 세계 최초로 터보팬 엔진을 장착한 여객기 Tu-124를 개발하면서 터보팬 엔진의 시대가 열린다. 이후 기술혁신을 거듭하여 미 공군의 F-111, 미 해군의 F-14 등을 필두로 높은 추력과 안정성이 요구되는 전투기에도 터보팬 엔진이 채택되면서 터보제트의 독점적 지위는 터보팬이 차지하게 되었다.
그래서 21세기에는 터보제트 엔진을 채택한 항공기보다는 터보팬 엔진을 처음부터, 또는 중도 업그레이드를 통해 장착한 항공기가 민간용 및 군용을 막론하고 압도적으로 다수를 차지하고 있다.
3. 구조
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터보팬 엔진을 앞에서 본 모습. 정면에서 보이는 깃이 많은 바람개비(팬)가 바로 터보팬에서 중요한 역할을 하게 되는 '''팬 블레이드'''다.
터보제트와 생긴 건 비슷해보이나 한 가지 차이점이 있다. 앞부분에 터보제트는 축류압축기라는 여러 겹의 팬들만 있으나, 터보팬은 축류압축기가 있는 것까지는 터보제트와 같지만 축류압축기 앞에 훨씬 큰 팬이 하나 더 장착되어 있는데 이게 바로 팬 블레이드이다. 이 정면 팬으로 가속된 공기가 바이패스 공기라고 하여 이 엔진에서 매우 중요한 역할을 한다.
과거 팬은 크고 깃도 많은 형태가 정석이었으나 지금은 다 옛말이 되어가고 있다. GEnx는 팬 블레이드가 18개다. GE9x에서는 16개로 더 줄어들 예정. 이는 효율성 때문인데, 과거에는 내구성 문제로 팬 블레이드를 얇게 만들어 여러 개를 사용해야 했지만 이는 효율성이 떨어질뿐더러 버드 스트라이크 등의 FOD에도 매우 취약했다. 이후 블레이드 재료의 내구성이 향상되면서 선풍기나 스크류 프로펠러처럼 넓적한 터보팬도 차츰 개발되면서 팬 블레이드를 더 적게 사용하게 된 것이다. 구형 여객기의 엔진과 신형 여객기의 엔진을 보면 확연히 차이가 난다.
3.1. 작동 원리
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고바이패스 터보팬 엔진의 원리
위의 그림에서 보는 것과 같이, 터보팬 엔진은 2종류의 기체를 뿜어낸다. 팬으로 가속된 공기(Bypass Air, 바이패스 공기, 분홍색)가 연료가 연소된 이후의 배기가스(Combusted Air, 연소된 공기, 붉은색)를 둘러싸는 형태로 되어 있다. 팬, 덕트와 팬 구동용 터빈을 제외하면 나머지는 터보제트 엔진과 동일하다. 동력원은 연소된 공기이며, 이 공기가 연소되는 에너지를 이용해 엔진 앞쪽의 팬을 돌려 바이패스 공기를 만들어낸다. 바이패스된 공기의 경우 프로펠러와 같은 방식으로 작동하게 되는데, 이러면 터보프롭과 다를 게 무엇인가라는 의문을 가질 수 있지만, 터보팬의 경우 팬 주변을 감싸주는 덕트가 존재한다는 차이가 있다. 터보팬의 경우, 노즐로 배출되는 공기의 속도는 줄어들지만, 배출되는 공기의 질량은 늘려 효율을 높이는 구조를 하고 있다. 즉 배출되는 제트의 속도는 느리지만 배출하는 질량이 더 커 출력은 좋은 구조가 된다. 바이패스 공기:연소된 공기의 비율을 Bypass Ratio라 부른다. 예를 들어 이 비율이 10:1 이라면 연소된 공기가 1일 때 그로 인해 발생되는 바이패스 공기가 10 이라는 의미이다.
야구공(적은 질량)을 빠른 속도로 던질 때 100의 추력이 생성된다고 가정하자. 그러면 여기서 속도를 줄이고 질량을 높이는 방식, 비교하자면 농구공(많은 질량)을 느린 속도로 던질 때도 마찬가지로 100의 추력을 생성할 수 있다.
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GE90-115B 터보팬 엔진의 조립 전 모습. 보통 민항기용 터보팬 엔진의 팬 블레이드는 사람보다 크거나 비슷한 크기인 경우도 적지 않다.
터보팬 엔진은 질량유동률을 높여서 추력을 내는 방식이고 터보제트 엔진은 오로지 가스 속도만을 극대화시켜 추력을 낸다. 여기서 제트엔진의 경우 만들어 낼 수 있는 가스속도에 한계가 있지만 팬엔진의 경우 더 높은 추력을 질량유동률을 높여서(즉 한 번에 더 많은 공기를 뒤로 밀어 내서) 만들어 낼 수 있다. 물론 질량유동률을 높이려면 바이패스비가 커야 하는데 그러려면 엔진의 직경 자체가 커지므로 엔진 탑재공간 등에 제약을 받는다. 이 때문에 바이패스비가 높은 고바이패스 팬엔진은 주로 민간여객기나 수송기, 폭격기, 대잠초계기 등 체공시간과 항속거리가 중요한 군용기에, 저바이패스 팬엔진은 전투기 등 속도와 기동성이 중요한 군용기에 쓰인다. 따라서 민간여객기의 팬엔진은 맨 앞의 프로펠러 팬이 거대한 형상이고 군용 전투기의 팬엔진은 프로펠러 팬이 작은 형상이라 그냥 터보제트 엔진이라고 해도 믿을 정도다. 일부 군용 전투기 터보팬은 말이 터보팬이지, 바이패스 되는 공기량이 병아리 눈꼽만해서 반 농담삼아 바이패스되는 공기가 그저 약간 새는 수준(leak)이라고 하기도 한다. 그런데 그 병아리 눈꼽만큼의 바이패스 공기가 애프터버너로 들어가면(실제 그렇게 구성되어 있다) 터보제트 엔진의 애프터버너와는 달리 연료를 더 제대로 연소시키게 되어(터보팬 제트엔진의 코어 - 예전의 터보제트엔진 - 의 배기가스에는 산소가 거의 없겠지만 바이패스 공기의 산소는 그대로다) 뭐야 이거 무서워 수준으로 출력을 뻥튀기 하게 된다.
3.2. 팬 블레이드도 프로펠러인가?
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실제로 과거에는 터보팬 엔진의 전면 팬이나 터보제트 엔진의 전면 압축기팬 부분을 "제트엔진의 프로펠러"라고 부르기도 하였다.[4] 터보제트와 터보팬을 비롯한 압축기 팬과 터빈이 있는 제트엔진들의 경우 앞부분의 팬을 "프로펠러"라고 칭하는 사람들도 있다. '''그러나 정확히 말하자면 제트엔진의 팬은 프로펠러까지는 아니다.''' 둘 다 회전체이기에 혼동한 것.
프로펠러와 팬은 같은 바람개비 형태이며 날개깃이 있는 회전체로써의 공통점이 있음은 사실이다. 하지만 구분해야 하는 것은, 애초 프로펠러는 어떤 대상을 가속하는데 쓰는 '추진기' 로써의 역할을 하지만 압축기 팬은 대상을 가속하는게 아닌지라 '추진기'가 아니다. 바람개비이자 회전체인 점은 프로펠러와 공통 요소이지만 팬(터빈) = 프로펠러는 아니다. 엄밀히 말하자면 프로펠러와 터빈은 용도면에서 다르므로 완전히 같은 용어는 아니지만 사촌 또는 친척 관계의 회전체라고도 볼 수 있다.[5]
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GE가 생산한 탄소섬유 터보팬 블레이드(왼쪽)와 터보프롭 블레이드(오른쪽). 참조[6]
보잉 777의 제트엔진인 GE90엔진을 제작하여 유명해진 제너럴 일렉트릭에선 이런 재미있는 설명을 하였다.
제너럴 일렉트릭 엔진부에서는 프로펠러 엔진과 제트엔진을 설명할 때도 프로펠러와 팬의 공통점을 서술하였는데, 위에 전술했듯 프로펠러 비행기나 제트비행기 모두, 커다란 팬이 공기를 뒤쪽으로 밀어낸다는 점에서는 공통점이 있다고 설명하고 있다. 물론 이 설명이 프로펠러와 팬이 동일하다는 것은 아니며 비슷한 역할과 형태라는 점을 말하는 것이다.
간혹 제트기들을 겉만 보고 프로펠러가 없는 비행기들이라고 하는 경우가 많은데, 반쯤은 맞는 말이지만 엄밀히는 제트엔진에서 프로펠러는 사라지지 않았다. 그 대신에 엔진 안으로 들어가서 압축기와 팬 블레이드가 된 것이다.
아무튼 팬 블레이드를 일반적인 프로펠러로 생각하는건 오산이다. 팬 블레이드는 프로펠러같이 바람개비 형태이긴 하지만, 엔진 흡입구 안쪽에 존재하므로 블레이드가 접하는 기류의 속도를 음속 아래로 낮추는 등의 설계를 통해 초음속 상황에서도 효율적으로 사용할 수 있다. 민항기는 아음속 순항이 목표이므로 대체로 팬 블레이드가 그대로 드러나지만, 전투기의 경우는 엔진흡입구에서 들어오는 기류의 속도를 공기흡입구의 형상에서 발생하는 충격파 등을 사용해서 팬 블레이드와 압축기가 효율적으로 동작하는 아음속 대로 감속시킨다. 덤으로 이렇게 팬을 통해 바이패스되어 연소에 활용되지 않은 공기는 애프터버너 사용시 산소공급원으로 유용하게 사용된다.
4. 터보팬의 특징
4.1. 장점
- 경제성이(연비가) 우수하다.
군용기에서도 경제성은 중요하지만, 기름 한 방울이라도 더 아껴야 돈을 벌 수 있는 민항기에서 경제성은 다른 모든 것을 압도할 수 있는 장점 중의 하나이다. 그래서 현대의 신규제작 제트기는 모두 터보팬 엔진을 장착하며, 터보제트 시대에 취역한 오래된 항공기조차도 에어프레임이 여전히 운항가능한 상태라면 터보팬 엔진으로 바꿔달아 운용하는 경우가 많다.[7]
- 소음을 극적으로 줄여 준다. 민항기 엔진의 경우 이것이 점점 더 중요한 키 포인트가 되어가고 있다.
고속으로 분사되는 배기가스가 외부 공기와 접촉할 때 그 속도차이로 인해 엄청난 트러블과 그로 인한 심각한 소음을 유발한다. 하지만 터보팬 엔진은 평균적인 배기가스 분사속도가 낮은 데다가 상대적으로 더 낮은 속도의 바이패스 공기가 더 높은 속도의 배기가스 분사를 감싸는 형태로 완충을 시켜주기 때문에 소음이 줄어든다. CFM 인터내셔널 CFM56 엔진의 경우, 프랫&휘트니 J57 엔진에 비해 소음을 126데시벨에서 99데시벨로, 96%의 소음을 줄일 수 있었다. 또한 에어버스 A380에 채용된 GP7000 엔진의 경우 높은 정숙성 때문에 엔진 소음이 줄어든 대신 그 이전의 엔진 소음에 묻힌 다른 잡음[8] 때문에 성가시게 되었다는 색다른 소음불만이 제기되었다고 할 정도이다. 몇몇 터보팬은 출력이 80% 이상 되면 큰 진동음이 나는 것도 있는데, 이는 팬 블레이드 끝부분이 음속을 돌파하면서 나타나는 공명 현상이다. 이 현상은 "Buzzsaw effect"라고 한다. 한번쯤 비행기를 탔을 때 엔진 앞에 앉아봤다면 들어봤을 것이다.
- 동일 연료소모량에서 높은 추력을 얻을 수 있다.
보다 많은 공기유량을 보다 낮은 속도로 분사할 경우 소모되는 에너지는 동일하더라도 추력은 높아진다.
4.2. 단점
- 고속 영역에서 불리하다.
분사 속도가 낮아지면 앞으로 진행하는 기체 속도에 의해 상쇄되는 상대적인 분사속도의 차이가 줄어들고 그 때문에 고속 영역으로 갈수록 추력이 낮아지면서 고속을 내는 데 불리해진다. 그래서 고속을 내어야 하는 군용기의 경우 바이패스비(Bypass Ratio)가 1.0 이하의 저바이패스 터보팬 엔진이 주류로 자리잡았다. 위 문단에서 말했지만 바이패스 공기의 용도가 군용 엔진의 경우는 좀 달라질 수밖에 없겠다.
- 엔진의 직경이 커진다.
대구경의 팬이 장착되는 만큼, 엔진의 직경이 더욱 커지며, 저익 구조의 민항기의 경우 착륙 시 엔진 카울이 활주로에 긁힐 확률이 그만큼 높아진다.[9] 고속 기체의 경우 더욱이 크기가 큰 엔진으로 천음속 이상 고속에서 항력이 작은 기체를 설계하기 어렵다.
- 터보제트보다 구조가 복잡하다.
팬을 구동시켜야 하기 때문에 엔진 압축기-터빈 축은 팬 구동계를 위해 중공축으로 설계되어야 하거나 감속 기어를 탑재해야 하는 경우가 많다.[10]
5. 주요 터보팬 엔진 제작업체
- 제네럴 일렉트릭 - 약칭 GE. 세상에서 가장 큰 터보팬 제트엔진인 GE9X을 만들었다.
- 롤스로이스 - 약칭 RR. 보잉, 에어버스, 유로파이터 등 민항기 및 군용기 엔진의 개발과 생산을 전담하고 있다.
- 프랫&휘트니 - 약칭 P&W. 독수리 마크로 유명하다.
- CFM 인터내셔널 - 약칭 CFMI. GE-스네크마 컨소시엄.
- 스네크마 - 라팔의 M88을 만든 회사.
- NPO 새턴 - 러시아 제트엔진 회사, 스네크마와 손잡고 여객기 엔진도 만들고 있다.
- 아비아드비가텔 - 회사명 자체가 항공기 엔진을 뜻하는 러시아어, 프랫&휘트니사와 손잡고 여객기 엔진도 만들고 있다.
- 옴스크 엔진 디자인 회사 - 러시아의 순항 미사일용 소형 터보팬 엔진 제작회사다
- JSC 클리모프 - 러시아의 헬기용 터보샤프트 엔진이나 전투기용 터보팬 엔진 제작회사
- JSC 쿠즈네초프 - 러시아 폭격기 엔진회사 사실 아래 이브쳰코-프로그레스에서 An-225 엔진으로 만든 D-18T가 이 회사 NK-32 엔진에서 에프터버너만 때낸 물건이다.
- 이브쳰코-프로그레스 - 우크라이나 회사, 세계 최대의 항공기 An-225의 엔진이 이 회사 제품이다. 현재는 사명을 모터 시치(Мотор Січ)로 바꾸었으며, 경영난으로 인해 중국에 매각될 뻔 했으나 미국의 반대로 유예되었고 2020년 현재 국제 매물로 나와있는 상태인데, 최종 인수자가 한국이 딜 거라는 루머가 돌고 있다.[11] 하지만 우크라니아측 발표로 터키에 주식이 매각되는 것으로 확인이 되었다.
- 이시카와지마-하리마 중공업 - 주로 미국과 유럽에서 민항기 터보팬 엔진 부품을 하청 받거나 군용 엔진을 라이센스 생산하던 기업이었지만, F3와 F7-10을 독자 개발, 생산하면서 제작업체 대열에 합류했다.
- 선양 항공기 주식회사 - 러시아로부터 군용 전투기 터보팬 엔진 기술을 이전 받거나 데드 카피하여 J-11, J-16 등에 탑재되는 WS-10, J-20에 탑재되는 WS-20 등을 만들고 있다.
- IAE - 롤스로이스와 프랫 엔 휘트니의 합작 회사이다. A320등에 들어가는 터보팬을 만든다.
- 엔진 얼라이언스 - 제너럴 일렉트릭과 프랫&휘트니의 합작 회사. 보잉 747-400의 개량형인 747-5X, 747-6X를 위해 엔진을 개발하였지만, 해당 프로젝트가 취소되었고, 767-400ER 프로젝트에도 실패 하였으나, A380에 장착되는 GP7200을 만들었다.[12] 국내에선 대한항공이 자사의 A380에 사용한다.[13]
6. 관련 문서
7. 참고 링크
[1] 과급기 분야에서 아예 못한건 아니었지만 '''결과물이 구렸다.'''[2] 이전 버전에는 "터보프롭"이라고 되어있었으나 그당시 최초 발명국 헝가리의 정찰 폭격기 Varga XG/XH와 영국의 글로스터 미티어 EE227 버전 외의 타국 항공기엔 터보차저등 과급기를 장착한 가솔린만 있었으며 그나마도 소련은 영 별로였고[1] 성공한 건 미국의 P-47 정도 뿐.[3] 이때 이미 '''일방적으로 털리고 있었다.'''[4] 이 참고 그림은 티타늄 문서에서 볼 수 있다.[5] 이는 터보팬 중에서도 저 바이패스 터보팬의 경우로 최신식 바이패스비가 10 가까이되는 고효율, 고연비 엔진들의 경우 연소실(코어)에서 나오는 연소가스가 내는 추력보다 80~90%의 팬을 지나 바이패스 되는 공기가 더 많은 추력을 담당한다. 한마디로 최근 엔진들 연소가스의 추력은 그냥 거들뿐이고 거의 저압터빈을 돌려 결국 같은 축(N1)에 연결된 팬을 돌리기 위해 존재한다 해도 과언이 아니다. 물론 구조자체는 팬의 크기를 늘리고 바이패스 덕트를 (코어에 비해) 크게 만드는 것뿐이기에 터포프롭과 터보샤프트와는 구조적으로 조금 다르다.[6] 설명하는 분은 뮌헨 GE글로벌리서치의 카를로스 하르텔 박사.[7] 미 공군의 KC-135 공중급유기 같은 예가 대표적인 사례이다.[8] 이를테면 플랩 구동음 같은 소리들.[9] 이 점은 더 직경이 큰 신형 LEAP엔진을 랜딩기어가 낮은 보잉 737MAX에 장착하기 어렵다는 점 때문에 특히 문제가 되었다. 이것을 해결하기 위해 보잉은 설계상의 무리수를 두고, 결국 비행제어프로그램의 문제와 결합하여 두 건의 추락사고를 일으켰다.[10] 감속 기어를 탑재하여 팬을 구동하는 경우에는 Geared turbofan이라고 한다.[11] 정확히는 미국의 금융회사인 오리올 캐피탈이라는 회사가 인수의사를 밝혔는데, 엔진등의 군수물자와는 전혀 관련이 없는 곳인지라 다른곳에 비싼값에 매각하려는 목적으로 매수를 시도하고 있고 그 뒷배가 한국(이라봤자 국내에서 항공기 엔진과 관련된 회사는 딱 한 곳 뿐이라...)이라는 썰이 돌고 있는 것. 물론 아직 루머일 뿐이고 실제로 진행이 된다 해도 매입자금 문제등 넘어야 할 산도 있기 때문에 어떻게 될 지는 더 지켜봐야 할 것으로 보인다.[12] 이 엔진 자체가 원래 747-5X, 747-6X용으로 설계된 엔진이었다.[13] 아시아나는 트렌트 900을 사용.