저번에 누가 왜 KFX 엔진만 왜 자연환기구조인가, 이거 초음속 비행중에도 괜찮냐...라는 질문글이 있었는데, 좀 더 상세히 찾아 본 결과.
다른 전투기도 다 자연 순환 구조임. 즉 다른 전투기도 초음속 비행중이건 뭐건 비행중엔 다 자연환기임.
이건 수퍼호넷 사진인데, 엔진 나셀이란 엔진이 들어가 있는 공간 주변을 말함. 제트엔진이란게 워낙 온도가 높고 엔진 바깥쪽에 각종 배관이 붙어 있다보니 동체내측 표면과 엔진 사이에 어느정도 공간이 떨어져있을 수 밖에 없음. 이 나셀 부근에 혹시 있을지 모를(기화된 연료라던지) 가연성 물질을 환기시키고, 엔진 냉각을 돕기 위해 대부분의 전투기는 엔진 표면쪽에 공기가 추가로 흐르게 되어있음.
방식은 아주 간단함. 전투기 기체 어딘가에 작은 구멍을 뚫어놓고, 그걸 나셀까지 관으로 이어준 다음, 다시 나셀에서 바깥으로 공기가 빠져나갈 구멍만 뚫어주면 됨.
전투기가 비행중에는 맞바람이 불어오기 때문에 (이를 RAM Air라 함) 알아서 나셀 환기용 공기 흡입구로 들어오고, 그 공기가 알아서 뒤로 빠져나가 줌.
F-16의 경우 엔진 나셀 냉각/환기용 공기흡입구가 랜딩기어 덮개 위쪽에 사각형으로 튀어 나와있음.
여기가 나셀을 냉각 및 환기하고 빠져나가는 구멍들임. 수직꼬리날개/수평꼬리날개와 동체가 만나는 부분들임. F-16은 저 위치에 굳이 둔 이유가 재미있는데, 저 부분은 비행시 압력이 낮아지는 부분임. 압력은 높은데서 낮은대로 흐르므로 나셀 내부를 순환한 공기가 더 쉽게 저 뒤쪽 구멍으로 잘 빠져나옴. 또한 나셀을 냉각하고 나오는 공기가 이 표면을 따라 흐름으로써 주변 공기들과의 상호 작용으로 이 부근의 공기저항을 줄이는 효과도 있음.
참고로 T-50도 똑같이 생겼음. 뭐 록마랑 공동개발한 물건이니...(이전에도 몇 번 이야기 했지만 초기 개념안은 지금의 T-50하고 전혀 다르게 생겼었는데 결과적으로 베이비 F-16이 됨).
아래 그림은 '항공기 순환 상태에서의 비행 조건별 낫셀 유입 유동에 대한 전산해석'이라는 논문인데 비행조건에 따라 KFX 엔진 나셀에 공기가 얼마나 어떻게 유입 되는지 컴퓨터로 해석한 논문임(사족이지만 이 논문의 해석 목적은 엔진 냉각이 아니라 엔진 소화기 작동시 주변 조건이 어떻게 되는지 확인하기 위함임. 소화기 작동세 엔진 나셀내의 소화제 농도나, 소화제가 얼마나 빨리 빠져나가버리는지 알아야 하니).
KFX는 나셀 위치가 동체 하부쪽임. 로마 숫자로 I~IV라고 적혀있는 작은 구멍들이 나셀 냉각용 공기흡기 및 배출구고, 제일 앞쪽의 세모꼴인 IV가 주 흡입구라 할 수 있음.
이건 다른 논문인 '항공기의 엔진 표면 온도에 대한 수치적 해석'임.
흡/배기구의 위치를 더 자세히 설명하고 있음. 주로 배출되는 구멍은 엔진 아래쪽 작은 구멍과, 동체 뒤쪽 엔진 좌우 사이의 틈새부분임.
불펌한 KFX 모형 사진인데 배면에 삼각형 구멍이 있는게 보임. 저기가 주로 공기가 흘러 들어가는 부분임. 반면 엔진 노즐 부근 아래쪽 작은 네모 구멍이 바깥으로 공기가 빠져나가는 구멍 중 하나임.
이렇게 마하 0.9, 고도 2만5천 피트에서 외부에서 들어온 공기가 엔진 주변을 흐르게 된다고 함.
이건 다른 논문인 '열전달 효과를 고려한 비행체 낫셀의 엔진 부품 전한새헉 연구'임.
여기선 초음속 조건에서 내부 냉각이 충분한지 해석한 시험이고, 해석결과 엔진 및 그 부속부품들 모두 충분히 냉각되는걸 확인함. 그래도 빨간색 부분은 420K, 그러니까 섭씨 145도 이상의 뜨거운 부분들은 있지만 그정도 온도는 견디게 설계된 부품들이라 함(사족을 또 덧붙이자면 위 그림 설명에서 빨간색 칠해진 01 부품, 07부품은 부품 자체가 견디는 온도보다 뜨거워진것을 해석되었는데, 처음 해석때 해석조건을 현실과 다르게 잡은 부분이 있어 그런거고 그걸 수정해서 다시 해석하면 일단은 부품 온도 규격은 만족하는 것을으로 나오지만, 그럼에도 일부 부품들이 작동 한계 온도에 간당간당하게 걸치니까 추가적인 보완을 하는게 어떻겠냐는 내용으로 마무리 지음. 이건 2017년 논문이니 실제로는 보완을 했을 듯?)
그럼 대체 KFX가 다른 전투기랑 '다른점'으로 추정되는 부분이 뭐냐....
이건 F-14의 나셀 냉각구조임. 'ground operation'이란 점선 부분이 보일텐데, F-14의 경우 지상에서는 엔진 압축기에서 뽑아낸 고압공기 일부를 강제로 나셀로 흘려보냄. 왜냐면 지상에서는 맞바람이 불지 않으니까 알아서 공기가 엔진 나셀쪽으로 불어들어와주지 않기 때문임. 이는 여타의 전투기들도 비슷해서, 지상에서는 나셀 내부에서 강제로 공기를 순환시키는 구조가 들어가 있음.
그런데 KAI에서 등록한 특허인 '멀티엔진을 갖는 항공기의 자연환기구조' 에서는 좌우 엔진이 붙어있는 구조면 엔진 작동시 전투기가 고속으로 비행하지 않고 땅에 있어도 저 파란색 부분이 자연적으로 압력이 낮아져서 지상에서 강제순환할 필요가 없다는 내용을 담고 있음. 그래서 지상에서만 필요한 강제순환구조를 빼버려 돈도 아끼고 무게도 줄일수 있다는 취지의 특허임.
그런데 이걸 KFX에 적용된 것으로 '추정'이라고 한 이유는, 어느 회사에서 특허를 등록했다고 그걸 꼭 실제로 써먹었을지는 알 수 없다는 점임. 일정규모 이상 되는 회사들은 그냥 선제적으로 미리 특허를 등록해둬서 아이디어를 선점해두는 경우가 많음.
그래서 KFX에 정말 자연환기구조만 썼는지, 아니면 타 전투기와 마찬가지로 지상운용시에는 강제환기하는 시스템을 갖췄는지까진 확인하지 못했음.
KFX 관련 논문 및 특허 자료 찾는데는 아래 블로그가 많이 도움 되었음.
https://blog.naver.com/jhst3103/221872786536
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세모꼴 공기흡입구는 바깥으로 튀어나오지 않으면서도 공기가 내부로 잘 유입되도록 설계된 흡입구인데 보통 NACA 흡입구라 부름.
자세히보면 단순 세모꼴이 아니라 복잡한 곡선으로 이어져 있는데, 외부로 돌출되지 않아서 항력을 크게 만들지 않으면서도 어느정도 공기유입이 원할하도록 설계된 형상임. 왜 NACA 흡입구냐면 NASA의 전신인 NACA에서 1945년에 연구해서 내놓은 흡입구 모양이기 때문임. 원래는 전투기 공기흡입구에 써볼라고 했는데 그러기엔 효율이 좀 떨어져서 대신 항공기나 고성능 자동차의 냉각공기나 순환공기 확보용 보조용 흡입구에 많이 쓰이고있음.
환기의중요성 -푸틴시진핑김정은개새끼
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제트전투기는 사소한 부분 하나하나도 신경써서 만드네 추, 이글 보기전까진 엔진 냉각은 한번도 생각해본 적이 없는 레후
그러니까 공돌이들에게 시간과 예산을 좀 더 주시면....
지상에선 시동 걸때 comp stall로 인한 hung start 같은거 막아보려고 압축기(터보팬의 경우는 팬에어도) 공기를 덤핑 시키는데 겸사겸사 그걸 악세사리 냉각에 사용하는 경우가 많음
환기는 중요하니까 우리 군붕이들도 창문좀 열어서 환기시키자
러시아는 이 냉각을 덜 하거나 엔진 커버 소재 기술이 딸려서 냉각을 시키고도 엔진커버 도장이 일어날까봐 도색을 못하는 경우가 종종 있었지
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엔진 열기 때문에 그 부분은 티타늄 방열판이 적용되었고, 여기는 페인트 칠해봐야 열 때문에 변색되어서 굳이 안칠하는걸로 알고 있음. 다만 왜 같은 엔진을 사용하는데도 F-16과 달리 F-15는 이부분은 티타늄을 덧댈 정도로 열이 많이 생기는지는 저도 찾아봐야 할 듯.
아조씨 랩터식 인테이크를 적용한 보라매와 f-35, 쭝궈 전투기들이 적용한 DSI 와의 차이 설명도 부탁드립니노 예전부터 궁금했음
글킨 한데 f22 f35이런 스텔스형상중에 보라매처럼 엔진사이 틈이 안막힌 형상은 처음인듯 - dc App
님이 예시로든건 다 비스텔스형상인데 스텔스형상으로는 처음인가? 영향이 있나? 이런 궁금증이 드네 - dc App
잘봤다. 고맙다.