머한 초음속 죽창 개발 기념으로


인터넷을 좀 훑었음





본인은 관련 전공자도 아니고 뭣도 아니니


신뢰성은 보장 못함


걍 그런게 있나보다 하고 고개 끄덕이고 가라





램제트 추진에 대해서 좀 알아보다가


램제트 엔진도 다양한 종류가 있다는 걸 알게 됨





1. 램제트와 스크램제트의 차이



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일단 터보제트, 램제트, 스크램제트의 차이를 간략히 짚고 넘어가겠음



터보제트 - 압축기, 터빈으로 공기를 압축시킴

램제트 - 마하1이상의 속도로 공기를 때려박음

스크램제트 - 마하 3이상의 속도로 공기를 때려박음



여기서 램제트와 스크램제트의 차이가 중요한데


흔히들 램제트 추진에서 연소실 내부의 공기 속도가 마하1을 넘는 걸로 알고 있음


그러나 반대임.

램제트 추진에서 공기흡입구를 통과한 공기의 속도는 오히려 아음속 이하로 감소하게 되어 있음


(b)를 보면 공기가 압축되었다가 다시 확산되도록 형상이 만들어졌음을 알 수 있음

(c)는 반대로 쭉 그대로 압축되고 있음


연소실 내부 공기의 속도가 초음속을 넘어가면 유체의 성질이 바뀌기 때문에

디퓨저에서 분사된 연료의 연소 효율이 떨어짐


초음속 이상의 속도에 걸맞는 연소효율을 뽑기 위해 별도의 형상으로 설계해야 함


결국 램제트와 스크램제트를 가르는 결정적인 차이는

연소실 내부의 압축공기의 속도가 아음속인지 음속 이상인지라고 보면 됨




2. 초기 가속 방식의 차이



램제트 엔진이 가동되기 위해선 마하 1 이상의 속도로 가속된 공기가 필요함

그 이하에선 작동하지 않음



다시 말해

비행체의 속도를


마하 1에서 마하 3까지는 가속시켜주는 물건이지만

속도 0에서 마하1까지는 가속시킬 수 없음


속도0에서 마하1까지 도달하기 위해서는 별도의 추진방식이 필요함



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첫번째 짤은


대만의 슝펑임 램제트 방식인데 부스터가 덕지덕지 달려 있음

마하 1까지 어떻게든 미사일 본체를 가속시키기 위한 가장 단순하면서 원시적인 방식이라고 볼 수 있음



단점은 크기와 무게가 증가함





두 번째는


중국 CASC가 2000년대에 램제트 추진 공대공 미사일에 채택하기 위해

연구했던 방식임


연소실 챔버 앞에 마치 터보제트 엔진처럼 공기압축용 터빈이 달려 있음


마하 1이하에선 터보제트 방식으로 터빈을 돌려 압축시킨 공기를 연소실로 보내고

마하 1이상에선 터빈을 통과시키지 않는 별도의 경로로 연소실로 공기를 직행시킴


이 때 터보제트 추진과 램제트 추진을 오가면서

가변식 공기흡입노즐을 통해 공기의 유량과 유체속도를 조절하는 모습을 볼 수 있음




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세번째 방식은 다소 신박한데


연소실 내벽에 고체연료를 도포한 뒤

속도 0에서 마하1까진 고체연료를 태워서 가속하고


충분한 가속이 이뤄지면

고체연료가 모두 연소되어 남은 공간을 연소실로 활용하는 거임


하나의 공간이

고체연료 보관 = 액체연료 연소실

이렇게 이중으로 활용되는 거임


짤방을 보면 알겠지만 두번째 방식에 있던 공기압축용 터빈펌프가 더 이상 필요 없기 때문에

공간을 절약하고


소형화가 가능함



이 방식의 또다른 장점은 가변식 공기흡입 노즐을 채택할 필요가 없다는 거임


고체연료를 연소시킬땐 짤방에서 보는 것처럼 inlet port cover가

연소실로 공기가 유입되는걸 차단하기 때문에


공기흡입 노즐을 고정시킬 수 있어서 구조가 단순해짐




3. 공기 흡입구의 형상과 위치


4. 연료와 공기를 혼합시키는 혼합실과 연소실의 통합 여부


5. 고체 연료와 액체 연료의 차이



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한 짤로 설명함


a)는 전통적인 방식 가장 원시적인 방식임



a)와 b)의 차이는


우선 공기흡입구의 위치와 형상의 차이를 주목해 볼만함


미사일 대가리에 깔대기처럼 생긴 노즈콘을 둘러싼 모양으로 생긴 공기흡입구를 설치한 게 아니라

하단에 별도로 마련된 공기흡입구를 따로 둔걸 알수 있음


잘 모르겠지만

이렇게 만들면 항력을 더 줄일수 있나 봄 ( 이부분 뇌피셜)





a)와 b)의 또다른 차이는


연소실의 위치와 연소 노즐의 위치임



a)는 앞서 이야기한 연소실과 고체연료저장공간을

공동으로 이용하는 단계가 아님


고체연료 부스터가 보관된 공간 위쪽에 별도로 연소실과

연소 노즐이 따로 있는 걸 볼 수가 있음


공기압축용 터빈은 사라졌지만 효율적인 공간 활용은 아직 이뤄지지 않은 구조임



하지만 b)는 초기가속용 고체연료를 태우고 남은 공간에 직접 액체연료를 분사하는

연소실로 활용하는 구조라는 걸 알 수 있음.




이제 c)를 보면 다시 b)와의 차이점을 발견할 수 있음

그 차이점은 연료와 공기가 어느 위치에서 혼합되는 가임


b)의 경우 연료 분사기가 연소실에 위치함


압축된 공기를 연소실로 흘러들어가게 하고 연소실에 연료를 뿌려서

그 자리에서 연료와 공기의 혼합과 연소를 동시에 일어나게 하는 거임


반대로 c))를 보면 연소실 앞에 fuel -rich gas generator라고 있음



잘 모르겠지만

대충 SFIRR의 SF가 solid fuel의 약자임


잘보면 별도의 fuel injector가 없는 걸로 봐서 저기 가운데 빈 공간이 있는 게 고체 연료임


가운데 긴 관처럼 생긴 공간이 있는 고체연료 사이로 공기를 흘려보내면

공기가 지나가면서 고체연료 부스래기(???)

와 뒤섞이면서 혼합되고


fuel -rich gas가 생성되면서 이 gas를 연소실에서 연소시키는 구조인 것 같음



이 방식의 장점이 뭔진 모르겠음

액체 연료 대신 고체 연료를 사용할 수 있다는 정도?





마지막을 d)를 보면


우선 공기흡입구의 위치가 다시한번 이동한 걸 알 수 있음


연소실 내부에 초기가속용 고체연료가 보관되는 것도 동일하고


c)와 마찬가지로 연소실과 공기연료 혼합용 혼합실의 위치를 분리시킨 것도 동일함


대신 연료제의 형상이 바뀌었는데


비전공자의 한계로 뭐가 어떻게 개선된건지는 잘 모르겠음






그럼 d)는 딱히 주목할 필요가 없지 않나?


라고 생각할 수 있는데


아래 짤을 보자




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일본의 ASM-3 공대함 미사일이


d)와 비슷한 구조임



옆에 가속용 고체부스터를 별도로 달아놨지만

공기흡입구를 측면에 둘러놓은 걸 보면 똑같음




사실 asm-3가 d)가 아니라

a형구조에서 연소실 내부에 보관하는 고체연료부스터를 제거한 형태일 가능성도 있긴 함




그런데 난 일본어를 몰라서 패스하겠음 ㅋㅋ




아무튼 글이 좀 길었는데



램제트 추진 엔진에도 본문에서 설명한 것처럼


다양한 방식이 있다는 걸 알아줬으면 좋겠음





다시 한번 말하지만 전공자가 아니라서 정확하지 않은 정보가 포함되어 있을 수도 있음


그래도 이거 쓰느라 오래걸렸으니 추천좀...