1. 개요
제트 추진은 흡입 공기 속도와 배기 속도의 차이가 클 때 더 높은 추력을 생성할 수 있습니다. 기본적으로 연소는 공기의 부피를 팽창시키는 과정입니다. 공기의 팽창이 온도에 비례하여 열효율이 증가한다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 연소기 또는 연소기는 압축기에서 고압으로 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소시키는 장치입니다. 연소는 가연성 물질이 산소와 빠르게 반응하여 열을 방출하는 화학 공정입니다. 제트 엔진 연소기는 압력 강하를 최소화하면서 화학 에너지를 열 에너지로 변환할 수 있어야 합니다. 동시에 오염 물질 배출을 최소화해야 합니다. 현대 수송기의 고 바이패스 비율 터보팬 엔진의 순항 속도는 마하 0.8에서 0.9 사이이며 현대식 저 바이패스 비율 전투기의 터보팬 엔진은 마하 1.5에서 2.5의 순항 속도를 갖는다.
왕복기관의 연소는 실린더라는 밀폐된 공간에 피스톤으로 유입된 공기를 위로 밀어 부피를 최소화하고 연료와 공기의 혼합물과 하나의 압축 상태로 혼합하여 폭발을 일으키는 것은 점화. 실린더 내부의 연속적인 고속 공기 흐름에 연료를 주입하고 연소함으로써 공기를 매우 높은 온도로 가열할 수 있지만 압력은 약간 떨어지는 경향이 있습니다. 연소실에 약간의 압력 강하가 있을 수 있으며 이는 플래시 가스 역류를 방지하는 역할을 하지만 일반적으로 연소 과정 중 압력 강하를 최소화하도록 설계되어야 합니다. 이러한 엔진의 또 다른 문제는 최대 온도가 유지되는지 여부입니다. 왕복 엔진에서 최대 화염 온도는 전체 사이클의 한 행정에서 거의 순간적으로 발생하지만 제트 엔진에서는 최대 화염 온도가 지속적으로 유지되고 화학양론적 연료/공기 비율은 연소기 라이너와 다운스트림의 모든 구성 요소를 녹이기에 충분합니다. 특정 수의 사망자가 있습니다.
2. 연소실 구조
연소기는 단순한 라이너 형태를 취하지만 최소한의 부피로 최대 열효율을 달성하기 위해서는 정밀한 설계 제약이 필요합니다. 이 때문에 모든 금속 소재는 연소실의 고온에 직접 노출되면 녹을 수 있기 때문에 금속 소재 외에도 냉각 기술의 중요성이 강조된다. 연소기는 항공기 기종과 엔진 제조사에 따라 설계 및 제작 방식이 다르지만 연소기의 기본 구조와 주요 부품은 거의 비슷하다. 기본적으로 연소실은 배기 파이프와 외부 파이프로 구성됩니다. 내부 튜브는 일반적으로 라이너라고 하며 기본적으로 모든 연소는 라이너에서 발생합니다. 한편, 외벽은 연소실의 무게를 지탱하는 역할을 함과 동시에 라이너와 일정한 공간을 형성한다. 이 공간으로 냉각 공기가 유입되도록 함으로써 라이너를 냉각시키는 에어 슈라우드 역할을 하며 냉각 공기가 여러 개의 작은 구멍을 통해 라이너로 유입되도록 합니다.
연소기 케이싱은 연소 및 냉각 장치에 필요한 부품을 내장하거나 부착한 단순한 구조입니다. 일반적으로 하우징은 과도한 열 응력을 피하기 위해 라이너 사이의 틈을 통해 공기가 흐르도록 설계되었으며 낮은 압력 사이에서 발생하는 높은 압력 차이를 견딜 수 있어야 합니다. 따라서 열 응력보다는 기계적 응력이 패키지의 주요 설계 요소입니다.
빠른 공기가 압축기에 보관되면 연소가 어렵습니다. 압축기의 마지막 단계와 연소기 사이의 공간은 확산 역할을 하도록 설계되었습니다. 디퓨저는 압축 공기 흐름을 연소실에 적합한 속도로 줄이는 역할을 합니다. 확산 과정에서 전체 압력 강하는 피할 수 없지만 경계층 분리에 의해 흐름이 분산되지 않도록 최소화하고 설계해야 합니다.
연소실은 이중벽입니다. 초기 엔진은 단일 라이너로 만들어졌기 때문에 엔진 내부가 고온의 화염에 직접 노출되어 연소실 수명이 매우 짧았고 그을음을 포함한 대기 오염 배기 가스가 다량 배출되었습니다. 지속적인 버너 개선으로 그을음 및 대기 오염 물질 배출이 크게 감소했습니다. 후기 버너는 연소 효율 향상에 중점을 두었고 1970년대에 라이너가 개발되면서 버너의 수명뿐만 아니라 성능도 크게 향상되었습니다. 기본적으로 모든 연소는 라이너에서 수행됩니다. 라이너에는 1차 및 2차 공기의 흐름을 허용하는 많은 구멍이 있습니다. 최신 연소기 라이너는 초합금으로 만들어져 고온에 견딜 수 있습니다. 하지만 라이너가 고온에 견딜 수 있는 소재로 만들어지거나 일부 라이너의 표면에 차열 코팅 처리가 되어 있어도 자체적으로 온도를 견디기에는 한계가 있어 냉각 장치가 필요하다.
3. 기류 경로
압축기에 포함된 모든 공기가 연소에 사용되는 것은 아닙니다. 기본적으로 연소에 사용되는 공기가 많을수록 연소 효율이 높아지지만 연소 과정에서 발생하는 고온을 제대로 제어하지 않으면 연소실이 심각하게 손상될 수 있으므로 냉각에 사용되는 공기도 중요합니다. 그러나 냉각 효과가 연소 공기와 연소 과정에 어떤 식으로든 영향을 미치지 않도록 주의 깊게 조정해야 합니다. 연소실에 있는 공기의 일부만 연소에 사용되고 나머지는 연소 중에 발생하는 열을 냉각하는 데 사용됩니다. 연소에 직접 사용되는 공기를 1차 공기라고 합니다. 1차 공기는 버너 노즐, 스월 베인 및 천공 플레어를 통해 연소 구역으로 들어갑니다. 나머지 공기는 주둥이를 우회하거나 냉각 및 희석을 위해 라이너의 수많은 구멍을 통해 흡입됩니다. 이 공기를 2차 공기라고 합니다.
4. 터보샤프트 엔진의 연소실
연소기는 압축기에서 가압된 고압의 공기에 연료 에너지를 주입하여 혼합가스를 발생시키고, 점화기에 의해 점화되어 연속 연소가 이루어집니다. 1차 연소 영역과 2차 연소 영역으로 나눌 수 있습니다. . 1차 연소영역에서는 연소에 직접 참여하는 1차 공기유량이 최적 공연비인 14~18:1이 되도록 공기유량을 제한한다. 1차 공기 흐름의 비율은 연소실을 통과하는 전체 공기 흐름의 20~30%입니다.
2차연소영역(혼합, 냉각영역)은 주로 냉각을 담당하는 영역으로 많은 양의 2차공기가 연소가스의 출구온도를 터빈허용온도로 균일하게 상승시키는 동시에 벽면을 냉각시킨다. 연소실의 벽면재를 감소시켜 연소실을 보호하고 수명을 연장시키는 역할을 합니다.
압축기에 의해 연소기로 유입된 압축 공기는 연소 구역을 통해 흐르고 연소 라이너에 장착된 슬롯, 루버, 구멍 및 베인을 통해 연소기 섹션으로 들어갑니다. 연소 구역에 들어가면 공기 흐름의 방향이 역전되어 공기 속도와 압력이 감소합니다. 공기는 연소기 라이너를 냉각시키고, 연료와 혼합하여 연소시키고, 제한된 공간 내에서 연소를 고온으로 유지하고, 연소열을 흡수하여 유용한 온도로 냉각시키는 등 여러 기능을 동시에 수행합니다. 연소는 22개의 분무기를 통해 연료가 연소 영역으로 분사되어야만 가능합니다. 원자화된 연료는 공기와 혼합되어 연소되어 최대 화씨 3500도의 온도를 생성합니다. 이 뜨거운 가스는 가스의 방향을 반대로 하는 디플렉터를 향해 연소 구역에서 앞으로 흐르면서 냉각됩니다. 이 가스는 2단계 가스 발생기 제트 터빈 시스템으로 역류합니다. 1단 노즐은 고에너지 가스를 1단 터빈으로 보낸 다음 2단 노즐을 통해 2단 터빈으로 보냅니다. 2단 터빈을 통과한 가스는 배기가스 디퓨저 통로를 통과하여 외부로 배출된다.