위쪽 두 개가 각각 터보제트와 터보팬임. 


얼핏보면 되게 비슷한데, 잘 보면 터보팬은 '팬(Fan)'을 거친 공기가 그대로 뒤로 빠져나감. 이렇게 빠져 나가는 것을 바이패스(By-Pass)라 함. 전체 터보팬 엔진을 거치는 공기중 바이패스되는 것이 많으면 고 바이패스 비(High By Pass Ratio)엔진, 적으면 저 바이패스 비 엔진이라 부름. 


전부 우겨 넣어도 아까운 공기를 외 굳이 옆으로 흘려 보내는가..


사실 터보팬은 연비 문제 때문에 나온 개념임.



추진력을 내려면 대충 작용 반작용 이런건 들어보셨을 거임. 여하간에 무언가 공기를 뒤로 분사하면 그 만큼 앞으로 나가는 힘이 생김. 그럼 그 앞으로 나가는 힘은 무엇이랑 관계가 있는가, 하니 운동량이랑 관련 있음. 운동량은 질량 x 속도임.


즉 뒤로 한 번에 많은 공기를 내보내거나, 혹은 매우 빠르게 공기를 내보내거나 한다면 운동량은 커지기 마련임.




프로펠러는 공기를 한 번에 많이 뒤로 보내는데 중점을 둔 개념임. 프로펠러가 만드는 회전해서 생기는 원(disk) 만큼이 일종의 가상의 제트엔진이라 생각하심 됨. 


제트엔진은 공기를 최대한 빠르게 뒤로 보내는데 중점을 둔 개념임. 


그럼 왜 굳이 제트엔진인가? 프로펠러는 그 큰 원판이 회전하듯 돌면서 앞으로 날아가면 앞에서 들어오는 맞바람 속도 + 프로펠러 자체의 회전속도가 더해져서 프로펠러 끝 부근에서 초음속 흐름이 생기기 시작함. 이러면 프로펠러의 효율이 급격히 떨어짐. 보통 현대 기술을 다 쏟아 부어 엄청 잘 만들어도 마하 0.8 전후가 한계고, 일반적으로는 마하 0.6 정도 이상만 되어도 효율이 뚝뚝 떨어짐.


하지만 제트엔진은 공기흡입구로부터 시작해서 엔진까지 이어지는 통로를 통해 김적절하게 공기의 속도를 줄일수도 있고, 또 제트엔진의 회전 압축기의 직경 자체가 작으므로 더 고속으로 회전해도 끝 부분이 초음속에 이르거나 할 위험이 적음. 


다만, 이론적으로 엔진의 효율 자체는 고속으로 공기를 분사하는 것 보다, 한 번에 많은 양의 공기를 뒤로 내보내는 개념이 더 좋음. 결과적으로 프로펠러가 효율 자체는 더 좋음. 그저 일정 속도 이상이 되면 프로펠러의 효율이 급격히 떨어져버리는게 문제일 뿐.


하지만 터보 제트엔진은 고속에서도 급격한 효율 저하 없이 쓸 수 있다고는 하지만, 실질적으로 여객기건 전투기건 제트기들이 날아다니는 속도 구간은 마하 0.8 전후여서 좀 더 효율을 높일 방법을 찾게 됨.


그래서 나온것이 어찌보면 '팬'이라는 프로펠러를 붙인 터보팬 엔진임.


사실 터보팬의 팬은 원래 있는 제트 엔진 압축기 일부를 크기를 좀 더 키운 개념에 가까움. 그래서 전체적으로 엔진의 직경을 키워서 효율을 높이는게 목적임. 이는 여객기 엔진에서 그 개념을 확실하게 알 수 있음




여객기 엔진을 앞에서 보면 커다래 보이지만 실제로 이 큰 부분은 '팬'이고 공기가 최종적으로 압축되어 연소실을 거치는 부분, 즉 '코어'라 부르는 부분은 상대적으로 작은 편임. 보통 여객기용 엔진은 코어로 들어가는 공기양에 비해 팬을 거쳐 그대로 뒤로 빠져나가는(물론 속도가 가속되어 나가는 거임) 공기의 양이 5~10배 가량 됨. 이렇게 대부분의 공기를 상대적으로 느리게 뒤로 분사하기 때문에 몇 가지 이점이 있음. 이를테면 위에 설명한 연비 개선 문제도 있고, 또 소음도 상대적으로 줄어 들게 됨(대부분의 제트엔진 소음은 고속으로 뿜어져 나오는 제트에 의한 것임). 또 엔진 주변을 연소실을 거치지 않은 상대적으로 찬 공기가 지나가므로 엔진의 효율 개선 효과도 있음.


하지만 전투기의 경우에는 이정도로 큰 팬을 달 수 없음. 엔진을 동체 안에 넣어야 하기 때문에 공간 문제도 있고, 또 팬이 저렇게 크면 초음속 비행상황에서는 김적절하게 공기를 다 압축하지 못하는 등등등의 문제가 있기 때문에 상대적으로 작은 터보팬 엔진을 사용함.



이를테면 이 F-35의 F135 엔진은 잘 보면 파란색으로 표시된 공기가 두 갈래로 갈라져 들어가는데, 시뻘건 색으로 표현된 연소실~터빈~애프터버너 구간 밖으로 나가는 공기의 양이 연소실로 들어가는 양과 비교해서 그리 많지 않음. 보통 전투기는 이게 1배, 혹은 0.X배 정도임. 그래서 따지고보면 터보 제트엔진과 구조적으로 큰 차이가 없는 것처럼 보이는 수준임. 물론 이정도로도 연비 개선 효과는 있음. 연소실 둘레를 차갑게 만들어 연비도 올라가고. 특히 애프터버너를 켜면, 연소실을 거치지 않은(바이패스 된) 공기는 산소를 아직 많이 함유하고 있으므로 애프터버너에 산소를 공급해줘서 효율이 더 좋아짐.