터보샤프트

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영어: Turboshaft
독일어: Gasturbine

기관 내부에서 연료를 연소시켜 그 폭발력으로 터빈을 돌려 회전력을 얻는 내연기관.
가스터빈이라고도 한다[1].

1 역사

증기터빈이 1884년에 발명되어 이미 제1차 세계대전 이전에 여객선의 기관으로 채택되어 있던 것과 달리 가스터빈의 발명은 시기가 꽤 늦었다. 최초로 가스터빈 기관을 탑재한 것은 1944년 중반에 등장한 독일의 5호 전차 판터이며, 헬리콥터에의 탑재는 1948년 프랑스의 엔진 제작사 터보메카에서 시도되었다.

터보샤프트 엔진은 원래는 보조동력장치(APU, auxiliary power unit)으로 고안되었지만 작으면서도 출력과 신뢰성이 높아 항공기 엔진의 주력을 꿰차게 되었다. 특히 터보샤프트 엔진은 헬리콥터의 엔진으로 인기가 높아 현대적인 헬리콥터라면 으레 터보샤프트 엔진을 탑재하게 되었다. 또한 폭발적인 출력을 요구하는 군용 함선에도 자주 사용되고 있다.

아래 기술한 장점 때문에 한때 차세대 전차엔진으로 각광받아 미국, 소련이 각각 주력 전차 엔진으로 선정했으나 아래 기술한 단점 때문에 다시 디젤엔진으로 돌아가고 있다.

2 작동원리

2.1 터보프롭과의 차이점

일단 배기가스의 폭발력을 회전운동으로 전환하는 내연기관이라는 점에서는 터보프롭과 다를 것이 없어 보인다. 그러나 터보프롭의 추진축이 터빈과 이어져 있는 것과 달리, 터보샤프트에는 압축기용 터빈과 동력용 터빈이 기계적으로 이어져 있지 않다.

이 일러스트에서 보듯, 동력축 터빈과 압축기 터빈은 기계적으로 이어져 있지 않으며 따라서 각각 돌아갈 뿐이다.

Turboshaft-Engine.png

연소실과 압축기가 직결되지 않은 특이한 형태의 터보샤프트 엔진인 앨리슨 250-C20J의 경우를 보자. 동력축인 녹색 축은 압축기용 터빈의 축인 검은색 축과 아예 별개의 것이다.

2.2 특징

2.2.1 장점

  • 동력축 터빈과 압축기 터빈이 따로 떨어져 있기 때문에 감속기어의 기어비를 크게 해야 할 필요성 자체가 사라진다.
  • 피스톤 엔진에 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.
  • 빠르게 가속 가능하다.
  • 시동이 빠르다.
  • 동일 출력에서 피스톤 엔진보다 소음을 저감하기 쉽다.

2.2.2 단점

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

3 적용분야

3.1 선박

3.2 육상차량

3.3 철도차량

3.4 항공기

3.5 화력발전

  • 대다수의 미국 민수용 가정용 비상발전기가 터보샤프트 방식으로 구동됨.

4 터보샤프트 엔진을 채택한 유명 항공기

현대적인 대부분의 헬리콥터가 터보샤프트 엔진을 채택하기 때문에 모두 열거하기에는 난점이 있다. 따라서 고정익기 및 틸트로터 항공기 위주로 기재하였다.

  • F-35 - 리프트팬을 장비한 B형 한정
  • V-22

5 터보샤프트 엔진 제작회사

6 관련 항목

7 참고 링크

  1. ↑ 독일어에서는 터보샤프트와 가스터빈을 모두 Gasturbine라는 한 용어로 지칭한다.