4.4 2차 효과 – 정상 상태 성능 / 4.5 엔진 스케일링 / 4.6 과도 성능

2023.04.16 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 4.3 응용 사례

2023.04.18 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 4.3 응용 사례 및 4.4 2차 효과 – 정상 상태 성능

 

4.4.3 가변 형상 특징

엔진 또는 구성 요소에 대한 매개변수 그룹 관계는 지정된 형상에 대해서만 고유합니다. 가변 압축기 또는 터빈 베인 및 가변 추진 노즐은 형상을 변경하여 매개변수 그룹 관계를 변화합니다. 압축기 베인이 N/sqrt(T) 대비 운용 경로가 정해진 경우 압축기는 단일 특성을 가진 '블랙박스'로 간주할 수 있으며, 비차원적 거동이 보존됩니다. 그러나 터빈 베인 및 노즐 영역은 일반적으로 이러한 방식으로 스케줄링 되지 않으며, 비차원 작동점을 설명하기 위해 스로틀 설정과 함께 정의되어야 하는 추가적인 구성품들입니다.

엔진에는 종종 낮은 출력에서 블리딩을 다루는 기능이 포함됩니다. 만약 스위치 포인트가 N/sqrt(T) 대비 운용 경로가 정해지지 않은 경우 비차원 거동이 크게 저하됩니다. 마찬가지로 설치 블리딩 오프 테이크도 고려해야 합니다

.

4.4.4 열교환기

지상 기반 엔진은 압축기 및/또는 연소기 상류의 열 회수 사이에 인터쿨링을 통합할 수 있습니다. 실제로 이러한 프로세스 중 어느 것도 완전히 무차원적이지 않습니다.

첫째, 재생기 또는 재생기가 있는 엔진은 매개변수 그룹 관계를 준수합니다. 그러나 이러한 장치에는 부분 부하 SFC를 개선하기 위해 가변 동력 터빈 노즐이 있는 경우가 많습니다. 이 같은 경우 전체 엔진 성능을 표현하려면 일정한 온도 비율의 선과 같이 노즐 일정에 해당하는 추가 선이 필요합니다. 이 같은 확장을 통해서 무차원 그룹은 매우 유용한 도구가 됩니다.

인터쿨러의 경우 싱크 온도가 주변 온도를 깔끔하게 따르지 않으면 일정한 싱크 온도 라인을 추가하여 표현을 다시 확장해야 합니다.

 

4.4.5 입구 및 출구 조건

주어진 엔진 설계의 경우 비표준 입구 및 출구 조건으로 인해 엔진이 정상적인 무차원 동작에서 벗어날 수 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

 

. 용도 변경, 필터 막힘 등으로 인해 설치 흡입구 및 배기 손실이 달라질 경우

. 횡풍 또는 항공기 피치 및 요로 인한 첫 번째 압축기 흡입구의 흐름 왜곡

 

4.4.6 추력 엔진으로부터의 외부 전원 공급 장치

앞서 언급한 바와 같이, 축동력을 전달하는 엔진의 매개변수 그룹의 관계는 작동점을 정의하기 위해 비행 마하수에 고정된 하나가 아닌 두 개의 매개변수 그룹이 필요합니다. 이와 같은 영향은 전기 또는 수력을 제공하는 것과 같은 추력 엔진의 작은 동력 오프테이크로 확장됩니다. 이에 따라 동력 오프테이크 매개변수 그룹의 각 값에 대한 매개변수 관계를 약간씩은 조정해야 합니다.

 

4.4.7 습도 및 물 또는 증기 주입

기체 특성이 변하기 때문에 수증기가 엔진 성능에 미치는 영향은 상당할 수 있습니다. 2장에서는 특정 습도가 주변 조건과 상대 습도에 따라 어떻게 달라지는지 보여줬습니다. 일차적으로 그에 대한 효과는 작으며, 차트 4.1 및 4.2에 제시된 전체 무차원 그룹을 사용하여 평가할 수 있습니다.

이후에는 엔진 성능이 물과 증기 분사에서와 같이 더 큰 물 농도에 의해 어떻게 영향을 받는지 보여주고 이러한 효과를 모델링하는 방법을 설명합니다.

 

4.5 2차 효과 - 엔진 스케일링

엔진이나 구성 요소가 선형으로 축소되면 확실한 '실제' 효과가 발생합니다. 이미 언급한 바와 같이 팁 간극, 필렛 반경, 트레일링 에지 두께, 표면 마감 등과 같은 치수는 특정 지점을 넘어서는 크기로 유지될 수 없습니다. 엔진 또는 구성 요소가 이 임계값 미만의 크기로 조정되면 조정 매개 변수 그룹에서 제안한 수준과 관련하여 2차 성능 손실이 발생합니다.

이에 따라, 연소기 크기를 조정할 때 보다 근본적인 어려움에 직면하게 됩니다.

 

4.6 2차 효과 – 과도 성능

과도 성능의 경우 아래에 요약된 바와 같이 무차원 동작에서 벗어나는 부가적인 2차 현상이 있습니다. 이후에서는 보다 포괄적으로 설명합니다.

 

4.6.1 열 흡수

가스 터빈의 정상 상태 작동을 위해 기체 경로와 엔진 본체 사이의 순 열 전달은 무시할 수 있습니다. 그러나 엔진 과도 상태에서는 엔진 본체가 새로운 온도로 흡수되면서 열이 전달됩니다. 참조된 매개변수 관계에 대한 열 흡수의 중요성은 각 구성 요소의 열 질량 및 수력학적 직경뿐만 아니라 과도 기동 속도 및 온도 변화의 크기에 따라 달라집니다.

 

4.6.2 볼륨 패킹

정상 상태 작동의 경우 주어진 순간에 구성 요소에 들어가는 질유량은 구성 요소를 떠나는 질유량과 같습니다. 그러나 과도 작동의 경우 유동의 밀도가 시간에 따라 변하기 때문에 그렇지 않게 됩니다. 이 같은 현상은 과도 조작 중에 무차원 그룹 관계에 2차 영향을 미치며 특히 열교환기와 같은 대용량에서 중요합니다.

 

4.6.3 형상 변경

과도 기동 중에는 디스크보다 빠른 케이싱 열 성장으로 인해 가속 중에 팁 간극이 증가하는 것과 같은 약간의 엔진 형상 변경이 발생할 수 있습니다. 이 같은 현상은 엔진 형상이 변화되는 것이므로 구성 요소 동작과 무차원 관계에 영향을 미칩니다.

 

 

2023.04.16 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 4.3 응용 사례

4.3 응용 사례

2023.04.18 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 4.3 응용 사례 및 4.4 2차 효과 – 정상 상태 성능

4.3 응용 사례 및 4.4 2차 효과 – 정상 상태 성능