• 한국항공우주학회지
• /
• 제41권7호
• /
• pp.539-546
• /
• 2013

항공기용 터보팬 엔진에서 압축기 성능이 단 시간에 변화가 클 경우, 이를테면 항공기가 이륙하는 상황에서와 같이 엔진 회전속도(RPM)를 공회전(idle) 상태에서 최대로 증가 시킬 때, 항공기의 엔진 성능이 급격하게 변화하므로 압축기 내에서 서지현상이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 서지현상 발생 방지를 그 목적으로 하였다. Simulink를 이용하여 특정 상황에서 압축기 내에 일어나는 동적 움직임을 모사하였다. 연료유량을 입력값으로 하고 그에 따른 RPM, 공기유량은 전달함수로 나타냈으며, NPSS를 통해서 획득한 압축기 성능 맵을 통해 서지마진을 출력하였다. 서지마진을 기준 값 10%와의 차이를 PD제어하여 IGV(Inlet Guide Vane)각을 변화시킴으로써 즉, VIGV를 이용하여 압축기 내의 서지라인과 운용점 사이의 마진을 증가시켜 서지현상이 발생하는 것을 방지하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제39권2호
• /
• pp.153-159
• /
• 2015

본 연구에서는 MEMS기술을 적용한 2W급 초소형 가스터빈엔진의 개발과 실제 연소 환경에서의 발전 가능성을 해석적, 실험적으로 입증하였다. 초소형 가스터빈엔진은 터보차저, 연소기, 발전기로 이루어져 있다. 터보차저는 각각 직경 10mm와 9mm의 MEMS 공정 압축기와 터빈으로 구성되어 있으며 발전코일 또한 MEMS공정으로 설계되었다. 제작된 압축기와 터빈은 정밀 기계 가공된 축과 공기 베어링으로 지지되고 회전하며, 회전축 끝단에 영구자석을 설치하여 발전을 하게 된다. 공기 베어링과 압축기를 통한 냉각 효과를 해석하여 연소기에서 발생한 열을 충분히 차단할 수 있는 것으로 분석되었고, 이를 실험을 통해 검증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제18권3호
• /
• pp.711-717
• /
• 2017

본 논문은 엔진 다운사이징의 관점에서 널리 사용되는 터보과급기 로터의 관성모멘트 측정에 관한 연구이다. Trifilar 방법을 이용하여 관성모멘트를 측정하기 위한 장치를 설계 제작한 후, 장치를 검증하기 위하여 교정로터의 관성모멘트를 측정하였다. 측정의 변동계수는 0.43%, CAD 도면의 관성모멘트와 비교하여 0.75% 오차를 보여 개발된 측정장치가 로터의 관성모멘트 측정에 적합함을 확인하였다. 소형 터보과급기의 터빈 로터와 압축기 휠 각 2개에 대한 관성모멘트 측정을 수행하여 1.0% 미만의 변동계수를 보여 정밀한 측정이 가능함을 보였다. 그러나 CAD 도면의 관성모멘트와 비교한 오차는 터빈 로터는 2.76%와 1.30%로 양호하였으나, 압축기 휠의 경우 27.6%와 24.4%로 상당히 크게 나타났다. 연구에 사용된 압축기 휠은 질량이 소형으로 상대적으로 공기저항이 크고 정확한 주기 측정의 어려움으로 큰 오차를 보였다. 따라서 터빈 로터와 압축기 휠을 결합한 상태에서 측정한 값에서 터빈 로터의 관성모멘트를 빼는 간접 방법으로 측정을 수행하였다. 이때 압축기 휠의 관성모멘트 측정에서 1.2% 미만의 변동계수를 보이고 오차는 5.68%, 7.88%의 값을 보였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 2003년도 제21회 추계학술대회 논문집
• /
• pp.211-214
• /
• 2003

바이패스 덕트 손실을 고려한 비행 중의 복축 혼합형 터보팬 엔진의 윈드밀 성능을 예측하기 위해, 본 연구에서는 원심 및 축류 압축기, 축류 터빈의 윈드밀 작동 과정과 물리적 현상을 규명하고 바이패스 덕트를 통과한 공기와의 혼합 현상을 해석하였다. 윈드밀 성능 예측의 결과는 유차원 해석을 통해 비교 분석하였다.

• 에너지공학
• /
• 제11권2호
• /
• pp.90-98
• /
• 2002

본 연구는 선회유동과 연소인자가 9.4L인 터보과급 디젤엔진의 성능과 배기가스특성에 미치는 영향을 실험적으로 고찰하였다. 일반적으로 디젤엔진의 연소과정에서 선회유동은 분사되고 있는 연료와 흡칩공기의 혼합을 촉진시켜 줌으로써 엔진성능을 향상시키는데 매우 중요한 인자가 된다. 특히 터보과급 디젤엔진에서는 실린더내의 고온.고압가스로 인하여 연비와 NO$_{x}$ 농도는 서로 상반관계를 가지므로 적절한 용량의 과급기선정으로 흡.배기시스템, 분사시스템 및 연소실의 설계 등을 고려할 필요가 있다. 본 연구의 결과로서, 정상유동실험을 통하여 선회비가 증가함으로써 평균유량계수가 감소하고, 반면에 걸프 펙터가 증가함을 알 수 있었다. 또한 엔진실험을 통하여 흡기포트의 선회비 2.43, 분사시기 BTDC 13$^{\circ}$ CA, 압축비 16, 리앤트란트 5$^{\circ}$형 연소실, 노즐분공경 $\Phi$0.28*6 및 과급기 GT40(압축기 A/R 0.58, 터빈 A/R 1.19)의 적용인자가 최적의 성능 및 배기가스를 만족시킬 수 있었다.

• 한국유체기계학회 논문집
• /
• 제13권3호
• /
• pp.43-48
• /
• 2010

In this study rotordynamic characteristics of an air turbo-compressor (ATC) used in oxygen plant are analyzed and its operating-speed balancing is performed to solve the vibration trouble caused by rotor unbalance. Three dimensional model of the ATC rotor is completed and then analytical FE (finite element) model, which is verified by experimental modal testing, is developed. A rotordynamic analysis includes the critical map, Campbell diagram, and unbalance response, especially considering the pedestal housings supporting tilting pad bearings. A test run of operating-speed, using tilting-pad bearing of actual use, showed that the vibration level increased very sharply as approaching the rated speed. The operating-speed balancing specified by API 684 was carried out by using influence coefficient method. The results showed that the vibrations at the bearing pedestal housings represented good levels of 0.1 mm/s. From the test run and operating-speed balancing, the analytical results, that is, critical speeds are in good agreement with the test results and unbalance responses introducing the correction masses are similar to the as-is test responses in its aspect.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국추진공학회 1999년도 제12회 학술강연회논문집
• /
• pp.14-14
• /
• 1999

비활성 가스제너레이터는 가스터빈 추진기관 및 기타 열기관을 이용하여 연소가 되지 않는 저온의 공기를 생산하는 기계장치를 말하며 이러한 저온의 비활성 기체를 화재 지역에 분사하는 경우 기존의 소방수를 이용한 화재 진압방식보다 매우 효율적으로 화재진압에 사용되어 질 수 있다. 일반적으로 민항기 등의 가스터빈 추진 기관에서 배기되는 기체내에는 터빈입구온도(TIT : Turbine Inlet Temperature)및 초과공기지수(Excess Air Coefficient)에 따라 다르게 나타나지만 TIT가 1500$^{\circ}$K인 경우 약 13-14%정도의 산소가 잔존하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 가스터빈 및 열교환 시스템 그리고 터빈 1단 등의 시스템 조합율을 통하여 대기 중의 기체의 온도를 영하 2$0^{\circ}C$ 및 산소함유량을 약 5%수준까지 낮춤으로서 이를 대형 화재 진압에 사용하기 위한 연구이다. 비활성 가스제너레이터에 사용하는 연료로는 Kerosene 및 CNG(Compressed Natural Gas)등이 사용될 수 있으며, 유량이 8.1kg/sec인 터보축 가스터빈 엔진을 사용하는 경우 18750㎥ 부피의 비활성기체를 생산하는데 Kerosene 연료가 약 1톤(200＄ 이하)이 필요한 것으로 계산되며 이에 소요되는 시간도 약 52분에 지나지 않는 것으로 계산되었다. 만일 50kg/sec의 보다 큰 가스터빈 엔진을 사용하는 경우 약 9분 정도가 필요한 것으로 계산되었다. 사용되는 가스터빈은 압축비가 15, 열교환기의 효율이 $\varepsilon$=0. 그리고 최종 터빈 1단의 팽창비가 1.25가 적합한 것으로 계산된다. 연구 분석 결과 기술적 문제점으로는 배기 가스온도가 낮은데 따른 출구 부분의 Bearing, Sealing이 문제가 될 수 있다고 판단되며 배기 가스 자체에 대기 공기중에 함유되어 있던 습기가 얼어붙는(Icing화) 문제가 발생하기 때문에 배기가스의 Icing을 방지하기 위하여 압축기 끝단에서 공기를 추출하여 배기부분에 송출할 필요성이 있는 것으로 판단되었다. 출구가스의 기체 유동속도가 매우 빠르므로 (100-l10m.sec) 이를 완화하기 위한 디퓨저의 설계가 요구된다고 판단된다. 또 연소기 후방에 물을 주입하는 경우 열교환기 및 기타 부분품에 발생할 수 있는 부식 및 열교환 효율 저하도 간과할 수 없는 문제로 파악되었다. 이러한 기술적 문제가 적절히 해결되는 경우 비활성 가스 제너레이터는 민수용으로는 대형 빌딩, 산림, 유조선 등의 화재에 매우 적절히 사용되어 질 수 있을 뿐 아니라 군사적으로도 군사작전 중 및 공군 기지의 화재 그리고 지하벙커에 설치되어 있는 고급 첨단 군사 장비 등의 화재 뿐 아니라 대간첩작전 등에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집
• /
• 제19권3호
• /
• pp.796-805
• /
• 1995

For the purpose of improving performances of a turbocharged diesel engine at low speed, this study investigates the effects of the injected air for the performances and flow characteristics in the intake and exhaust pipes by using the computer simulation with test bed. In the theoretical analysis, the whole flow system, including engine cylinders and intake and exhaust pipes, is calculated numerically by the method of filling and emptying. From the results of this study, the following conclusions may be summarized. Increasing injected air pressure into the pipe of compressor exit brings about the improvement in a performance and flow characteristics of intake and exhaust pipes under full load operating conditions at 1000 rpm of the engine speed, but shows trends of the inferior performances under no load operating conditions at 2000 rpm of the engine speed.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
• /
• 제24권6호
• /
• pp.110-119
• /
• 2000

In this paper, an experimental study is carried out under the operating conditions of low speed and rapid acceleration in order to investigate and improve the response characteristics of a turbocharged diesel engine with radial turbine driven by exhaust gas. A rapid acceleration for investigating the response performance is applied to the fuel-pump rack of the engine from 0-10% to 0-40% in steps of 10%, and accelerating time of 1, 2 and 3 seconds is applied to the engine. Further experiment for improving the low speed torque and acceleration performance is also performed by means of injecting air into the inlet manifold at compressor exit during the period of low speed and application of a rapid acceleration. The effects of air injection on the response performance are represented at subjected engine speed with the changes of response performance factors such as air injection pressure, air injection period, accelerating rate, accelerating time and load. From the experimental results obtained throughout this study, it is shown that air injection into the inlet manifold at compressor exit is closely related to the improvement of low speed and acceleration performance of a turbocharged diesel engine.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제22권2호
• /
• pp.386-391
• /
• 2021

터터보 과급은 디젤엔진과 가솔린엔진 모두에서 핵심기술이다. 특히 가솔린엔진에서 엔진 다운사이징 등 다른 제어 기술과 결합하여 이산화탄소(CO2) 배출을 감소시키는 데 효과적이다. 본 연구에서는 승용차용 가솔린엔진에 장착되는 트윈 스크롤 터빈 터보과급기에서 맥동유동의 터빈 효율을 측정하였다. 맥동 생성장치가 있는 저온 테스트 벤치를 제작하여 맥동 유동이 있는 비정상상태의 압력과 온도를 측정하고 터빈 효율을 산출하였다. 테스트 벤치는 공기 압축기, 트윈 스크롤 터빈, 온도 및 압력 측정 장치 등으로 구성되었다. 실제 승용차용 엔진에서 주로 사용되는 중저속 엔진 작동 영역에 해당하는 맥동 주파수 25.0 Hz와 33.3 Hz를 공급하면서 터보과급기 회전속도를 60,000 rpm에서 100,000 rpm까지 변화시키며 측정을 수행하였다. 이때 압축비를 1.088에서 1.600 사이의 값으로 조정하였다. 이 측정 조건에서 터빈 효율은 0.517~0.544 값을 보였다. 맥동 주파수 33.3 Hz의 경우, 터빈 회전수 60,000 rpm에서 터빈 효율의 변동은 7.7%이나 터빈 회전수 100,000 rpm에서 변동은 2.6%로 터빈 회전수가 증가함에 따라 맥동의 영향은 감소하였다. 맥동 유동에서의 터빈 효율은 정상 유동 터빈 효율에 비해 터빈 회전수 60,000 rpm 인 경우 7.0%, 회전수 100,000 rpm 인 경우 3.0% 낮은 값을 보이고 있어 맥동 유동이 터빈 효율을 악화시키는 결과를 보였으며 이러한 영향은 터빈 회전수가 증가함에 따라 감소하였다.