5.5 팬 – 설계점 성능 및 기본 크기 조정

5.5 팬 – 설계점 성능 및 기본 크기 조정

팬은 터보팬 엔진의 첫 번째 압축기에 주어진 용어입니다. 이 용어는 코어 압축기에 비해 유량이 높고 압력비가 낮다는 사실을 반영합니다. 팬의 바로 하류에서 유동은 차가운 유동 또는 바이패스와 뜨거운 유동 또는 코어 스트림으로 나뉩니다.

이 절에서는 단일 스테이지 팬에 대해 설명합니다. 다단 팬은 사실상 축류 압축기이므로 5.1절에 제시된 설계 지침을 적용할 수 있습니다. 다단 팬은 주어진 단계 수에서 파생된 압력비에 대해 차트 5.2에 표시된 밴드의 상단에 있습니다. 다단 팬은 일반적으로 마하수가 높은 군용기에 적용할 수 있기 때문에, 무게를 최소화해야 합니다. 또한 엔진이 스로틀 백 됨에 따라 바이패스 비율이 증가하여 5.2절에서 설명한 부품 속도 일치 문제를 크게 개선합니다.

 

 

5.5.1 구성

팬은 원심 스테이지에 필요한 직경 및 하류 덕트가 금지되어 있으므로 항상 축류에 적용됩니다. 단일 단의 팬의 일반적인 배열은 그림 5.20에 나와 있습니다. 로터 블레이드 다음에는 팬 팁과 팬 루트 스테이터가 옵니다. 이들은 일반적으로 스플리터의 다운스트림이며, 공기역학적 설계는 종종 구조적 임무 및 오일 파이프와 같은 서비스가 가스 경로를 통과할 수 있도록 하는 요구 사항에 의해 손상됩니다. 팬 팁과 팬 루트라는 용어는 바이패스 흐름과 코어 흐름을 각각 설명하는 데 일반적으로 사용됩니다.

 

 

5.5.2 기존 팬 크기의 조정

축류 압축기에 대한 5.1.2절의 설명은 모두 팬에 동일하게 적용됩니다.

 

5.5.3 효율

차트 5.4는 단일 스테이지 팬의 일반적인 폴리트로픽 효율 수준 대 피치 라인 부하를 보여줍니다. 아래 제시된 우수한 설계 지침을 충족하는 데 있어 크기, 기술 수준 및 타협 정도에 따른 변화를 나타내는 밴드가 제시되어 있습니다. 허용할 수 있는 블레이드 진동 특성을 제공하기 위해 클래퍼(Clapper) 또는 스너버(Snubber)를 사용하는 경우 차트 5.4의 효율 수준을 약 1.5% 포인트 감소시켜야 합니다. 첫 번째 통과 예측의 경우, 차트 5.4는 관련 공식에서 각각 계산된 하중과 함께 팬 팁 및 팬 루트의 피치 라인에 별도로 적용되어야 합니다. 루트 압력비는 초기에 바이패스비가 낮은 RPV 엔진의 경우의 팁에서의 압력비와 같고 바이패스비가 가장 높은 민간용 엔진의 경우 약 80%로 가정해야 합니다.

설계 반복이 컴퓨터가 팬 설계에 사용되는 지점으로 이동하는 즉시, 작업의 방사형 분포와 그에 따른 부하가 적용됩니다. 디자인 관행은 문화와 경험 기반에 따라 회사마다 크게 다릅니다. 이 단계에서 두 스트림에 대해 상당히 다른 효율이 나타날 수 있습니다.

 

 

5.5.4 바이패스비

 이후 장에서는 일반적으로 바이패스비를 높이면 터보팬 SFC가 개선되지만 비추력은 저하되는 형태를 보여줍니다. 주어진 엔진 설계에 대한 바이패스비에 대한 상한을 지시하는 여러 가지 실질적인 고려 사항들이 있습니다.:

 

. 엔진 전면 영역이 증가하므로 무게와 포드(Pod) 항력도 증가합니다. 관련 식들은 포드 드래그를 평가하는 방법을 보여줍니다. 비용도 증가할 수 있습니다.

. 팬 터빈 단의 수는 빠르게 증가합니다. 이는 바이패스비가 증가함에 따라 팬 팁 속도가 거의 일정하게 유지되어야 하므로 회전 속도가 감소해야 하기 때문입니다. 주어진 코어 크기에 대해 팬 터빈 직경은 고정되어 있으므로 블레이드 속도가 감소합니다. 이는 팬 터빈 유동에 대한 팬 유동의 비율이 증가함에 따라 팬 터빈 특정 일이 증가해야 한다는 사실과 결합되어 부하(5.5.5절 참조)가 허용할 수 없을 정도로 높을 수 있음을 의미합니다. 이는 스테이지 수를 늘리지 않으면 효율이 낮아집니다. 대형 터보팬의 경우, 약 50MW를 전달해야 하므로 현재까지 팬 터빈과 팬 사이에 기어박스를 배치하는 것은 비실용적임이 입증되었습니다.

. 기내 및 항공기 보조 전원 공급 장치는 SFC 및 특정 추력에 더 큰 영향을 미칩니다.

. 작동하지 않을 때 역추진 장치를 밀폐하기 위한 둘레가 증가하여 더 높은 누출로 이어집니다.

 

위의 내용은 4에서 6 사이의 바이패스비를 갖는 장거리 민간 터보팬으로 이어집니다. 그러나 최근 GE90은 8에서 9 사이 정도로 해당 비를 이동시켰습니다. 더 짧은 범위의 터보팬은 일반적으로 1에서 3 사이의 바이패스비를 갖지만 현대적인 설계는 더 큰 값으로 이동하는 경향이 있습니다. 이는 소음을 줄이고 장거리 항공기 엔진과의 공통성을 허용하는 값입니다. 초음속 군용 엔진의 경우, 바이패스비는 일반적으로 전면 영역을 최소화하기 위해 0.5와 1 사이입니다.