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융합과학

항공의 과학

비행기 엔진의 원리는 무엇일까?

대한민국에서만 1년에 약 8000만명이 이용하는 항공 산업 발달의 원천은 바로 성능 좋은 엔진의 개발이다.  지금부터 비행기 엔진 발달의 역사를 알아보자.

초창기 비행기는 프로펠러 방식을 사용했다.  경량식 피스톤 엔진에 프로펠러를 그대로 부착한 형태이다.  단순한 원리지만 제작 비용이 저렴하다. 이 방식은 1903년 라이트 형제의 발명 이후로 터포프롭 엔진이 발명될 때까지 사용되었다.

1930년 터보제트 엔진이 개발되었다. 터보제트 엔진이란 앞쪽에서 공기를 압축시켜 연료를 분사해 고온, 고압의 가스를 배출해 강한 추진력을 얻은 기관이다. 이 엔진은 공기가 강하게 압축될 수 있는 고속 비행에 적합하다. 하지만 저속으로 비행할 시 연료 소모율이 다소 비효율적이라는 단점이 있다. 따라서 현재는 전투기에만 사용되고 있다.

터보제트 엔진의 비효율성에 항공사들은 불만을 느꼈다. 초음속으로 비행하는 전투기들에게는 더할 나위 없이 적당했지만, 민간 항공기처럼 대량 수송을 목적으로 할때는 적합하지 않았다. 따라서 저속에서의 적은 연료 사용률과 소음이 줄어든 터보팬 엔진이 개발되었다. 터보팬 엔진은 터보제트 엔진의 후방에 압축 팬을 추가해 연소에 사용된 배기가스를 추진의 힘으로 사용하는 것이다. 현재 거의 대부분의 여객기가 이 엔진을 사용하고 있다. 

미래에는 매우 강한 힘을 가진 이온추진 로켓이 개발될 전망이다. 이온 엔진은 핵분열이나 융합으로 생긴 양이온의 분출로 힘을 얻는다.  이 새로운 동력 기관의 장점은 힘이 세다는 것이다. 연구가 활발히 진행되고 있어 이 기술이 상용화돤다면 머지않아 우주를 자유롭게 탐사하는 날이 올지도 모른다.