정의 및 개요
터보제트(turbojet)는 항공기에 추력을 공급하는 가스터빈 엔진의 한 종류이다. 공기를 흡입하여 압축하고, 연료와 혼합하여 연소시킨 후, 발생한 고온·고압의 가스를 배기 노즐을 통해 고속으로 분사함으로써 작용-반작용 원리에 따라 추력을 얻는 기관이다. 터보제트는 가장 기본적인 형태의 제트 엔진으로 분류된다.
작동 원리
터보제트 엔진은 다음의 주요 구성 요소로 이루어진다.
- 공기 흡입구(Intake): 외부 공기를 엔진 내부로 유입시킨다. 흡입구는 항공기 속도에 관계없이 엔진으로 들어가는 공기를 항상 아음속 상태로 만드는 역할을 한다.
- 압축기(Compressor): 흡입된 공기를 회전 날개를 이용하여 고압으로 압축한다. 초기 터보제트는 원심식 압축기(centrifugal compressor) 또는 축류식 압축기(axial compressor)를 사용했다.
- 연소실(Combustion Chamber): 압축된 공기에 연료를 분사하여 연소시킨다. 연소 과정에서 발생한 고온·고압의 가스는 터빈 쪽으로 흘러간다.
- 터빈(Turbine): 연소실에서 나온 고온 가스가 팽창하면서 터빈을 회전시키고, 이 회전력이 압축기를 구동하는 동력으로 사용된다.
- 배기 노즐(Exhaust Nozzle): 터빈을 통과한 가스는 노즐을 통해 고속으로 분사되며, 이때 발생하는 반작용이 추력이 된다.
역사
터보제트 엔진의 개념은 1921년 프랑스의 막심 기욤(Maxime Guillaume)이 가스터빈을 항공기 동력으로 사용하는 최초의 특허를 출원하면서 시작되었다. 이후 1930년 영국의 프랭크 휘틀(Frank Whittle)이 터보제트에 관한 특허를 출원(1932년 승인)하였고, 독일에서는 한스 폰 오하인(Hans von Ohain)이 1935년 유사한 엔진을 특허로 등록하였다. 두 발명가는 서로 독립적으로 터보제트 엔진을 실용화하는 데 성공했다.
1937년 4월 12일, 휘틀의 엔진(Power Jets WU)이 최초로 가동에 성공하였다. 1939년 8월 27일에는 오하인의 설계를 기반으로 한 하인켈 He 178이 세계 최초로 터보제트 엔진만으로 비행한 항공기가 되었다. 제2차 세계 대전 말기인 1944년에는 독일의 메서슈미트 Me 262와 영국의 글로스터 미티어(Gloster Meteor)가 최초의 실전 배치 터보제트 항공기로 등장하였다.
특성 및 용도
터보제트 엔진은 고속 비행에 적합하며, 추력 대 중량비가 우수하다. 그러나 저속에서는 효율이 낮아 연료 소모가 크다는 단점이 있다. 이러한 특성 때문에 초음속 전투기, 초음속 여객기(콩코드, 투폴레프 Tu-144), 순항 미사일 등에 주로 사용되었다.
현대의 민간 항공기와 대부분의 군용 항공기에서는 터보제트보다 연비와 소음 측면에서 유리한 터보팬(turbofan) 엔진이 널리 사용되고 있다. 터보팬은 터보제트의 앞부분에 대형 팬을 추가하여 일부 공기를 엔진 코어를 우회시키는 방식으로, 저속 효율을 개선한 엔진이다.
주요 개발자
- 프랭크 휘틀(Frank Whittle, 1907~1996): 영국 공군 장교이자 기술자로, 최초의 실용적 터보제트 엔진을 개발하였다.
- 한스 폰 오하인(Hans von Ohain, 1911~1998): 독일의 물리학자로, 휘틀과 독립적으로 터보제트 엔진을 개발하여 세계 최초의 터보제트 항공기 비행을 이끌었다.
