윌리엄스 FJ44
1. 개요
윌리엄스 FJ44는 윌리엄스 인터내셔널에서 개발한 소형 터보팬 엔진 시리즈이다. 1992년 FJ44-1A 모델 출시를 시작으로, 다양한 추력과 개선된 성능을 가진 여러 파생형이 개발되었다. FJ44 엔진은 세스나 사이테이션 제트, 필라투스 PC-24 등 다양한 비즈니스 제트 및 실험기에 사용되며, F129와 같은 군사용 파생형도 존재한다.
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| 종류 | 터보팬 |
|---|---|
| 원산지 | 미국 |
| 제조사 | 윌리엄스 인터내셔널 |
| 첫 가동 | 1985년 |
| 주요 사용 | 비치크래프트 프리미어 I 세스나 사이테이션젯 파이퍼 파이퍼젯 알테어 사브 105 그로프 G180 SPn 필라투스 PC-24 |
| 파생 | 윌리엄스 FJ33 |
| 형식 | 축류식 터보팬 |
|---|---|
| 길이 | 177.8 cm (70 in) |
| 직경 | 62.2 cm (24.5 in) |
| 건중량 | 215 kg (475 lb) |
| 압축기 | 1단 팬, 1단 축류식 |
| 연소기 | 환형 |
| 터빈 | 2단 저압, 1단 고압 |
| 추력 | 8.45 kN (1,900 lbf) |
| 바이패스비 | 3.4:1 |
| 압력비 | 11.7:1 |
| 공기 유량 | 29.5 kg/s (65 lb/s) |
| 터빈 입구 온도 | 1,240 °C (2,260 °F; 1,510 K) |
| 추력대 중량비 | 4.0 |
2. 개발
FJ44영어 엔진은 1992년 1900lbf 추력의 FJ44-1A 모델을 시작으로 개발되었다. 이후 FJ44-1C 모델에서는 출력이 1500lbf로 감소되었다.
1997년에는 추력이 2300lbf로 향상된 FJ44-2A 모델이 출시되었다. 2004년에는 2820lbf 추력의 FJ44-3A 모델이, 2005년에는 이륙 추력이 1965lbf인 저출력 버전 FJ44-1AP 모델이 출시되었다.
2007년에는 3600lbf 추력의 FJ44-4 모델이 출시되었다. 이 엔진은 2010년에 세스나 CJ4에 사용되었으며, 2018년부터는 필라투스 PC-24에도 사용되고 있다.
FJ44-1A는 2단 저압(LP) 터빈으로 구동되는 직경 약 53.09cm의 1단 브리스크식 팬, 1단 중압(IP) 부스터, 1단 비냉각 고압(HP) 터빈으로 구동되는 1단 원심식 고압(HP) 압축기로 구성된다. 연소실은 충돌 냉각식 환상 설계이며, 일반적인 연료 공기 혼합기나 기화기 대신 회전 연료 노즐 시스템을 통해 연료가 공급된다. 바이패스 덕트는 엔진 전체 길이에 걸쳐있다. 국제 표준 대기 해면 고도 정지 상태에서 추력 1900lbf일 때 단위 추력당 시간당 연료 소비율은 0.456lb/hr/lbf이다. FJ44-1C는 FJ44-1A의 파생 기종으로, 추력이 1500lbf로 감소되었으며 연료 소비율은 0.460lb/hr/lbf이다.
FJ44-2A는 코어 유량을 늘리기 위해 2단 부스터가 추가되었고, 팬 직경은 약 55.12cm로 더 커졌다. 고압 원심식 압축기의 압축비는 FJ44-1보다 낮아졌으며, 배기 혼합기와 전자 연료 제어 장치가 도입되었다. FJ44-2C는 FJ44-2A와 유사하지만 통합형 유압 기계식 연료 제어 장치를 사용한다.
FJ44-3A는 FJ44-2A와 유사하지만 팬 직경이 더 크고 듀얼 채널 FADEC을 장착했다. FJ44-3A-24는 FJ44-3A의 출력을 2490lbf로 낮춘 기종이다.
FJ44-1AP는 FJ44-1A와 유사하지만 팬 압축비가 더 높고, 새로운 연소실과 저압 터빈, 전체 길이를 덮는 바이패스 덕트/배기 혼합기, 듀얼 채널 FADEC을 장착했다.
FJ44-4는 FJ44-3보다 직경이 큰 하이테크 팬을 갖추고 있다. 2010년 3월 기준으로, 이 엔진은 세스나 CJ4 사이테이션 제트에만 탑재된다.
필라투스 PC-24에 탑재된 FJ44-4A는 패시브 추력 편향과 조용한 파워 모드를 갖추고 있어 성능과 효율성이 우수하며, 엔진을 보조 전원 장치처럼 사용할 수 있다.
3. 설계
FJ44 엔진은 여러 모델을 거치면서 지속적으로 설계가 개선되었다. 초기 모델인 FJ44-1A는 1단 블리스크 팬, 1단 중간 압력(IP) 부스터, 2단 저압(LP) 터빈, 1단 비냉각 고압(HP) 터빈, 1단 원심 고압(HP) 압축기, 충돌 냉각 환형 연소기, 회전 연료 노즐 시스템, 엔진 전체 길이에 걸친 바이패스 덕트 등으로 구성되었다.
FJ44-2A에는 두 개의 추가 부스터 압축기 단이 추가되었다. 1992년에 양산된 FJ44-1A는 직경 약 53.09cm의 팬을 가졌고, 1997년에 투입된 FJ44-2A는 코어 유량을 늘리기 위해 팬 직경이 약 55.12cm로 커졌다. 배기 혼합기와 전자 연료 제어 장치가 도입되었다.
2004년 FJ44-3A는 팬 직경이 확대되고 듀얼 채널 FADEC이 장착되었다. 2005년에는 연료 효율을 개선하고 내부 온도를 낮춘 FJ44-1AP가 도입되었다. 2007년 FJ44-4는 -3보다 직경이 큰 하이테크 팬을 갖추고 있다. 필라투스 PC-24에 탑재된 FJ44-4A는 패시브 추력 편향과 조용한 파워 모드를 갖추고 있다.
3.1. 기술적 특징
FJ44-1A는 1단 블리스크 팬과 1단 중간 압력(IP) 부스터를 갖추고 있으며, 두 장치는 2단 저압(LP) 터빈에 의해 구동되며, 1단 비냉각 고압(HP) 터빈에 의해 구동되는 1단 원심 고압(HP) 압축기를 과급한다. 연소기는 충돌 냉각 환형 설계를 사용한다. 연료는 표준적인 연료-공기 혼합기 또는 기화기 대신 특이한 회전 연료 노즐 시스템을 통해 연소기로 공급된다. 바이패스 덕트는 엔진 전체 길이에 걸쳐 있다.
FJ44-2A에는 두 개의 추가 부스터 압축기 단이 있다.
1992년에 양산이 시작된 FJ44-1A는 2단의 저압(LP) 터빈으로 구동되는, 직경 약 53.09cm의 1단 브리스크식 팬과 1단의 중압(IP) 부스터, 1단의 비냉각 고압(HP) 터빈으로 구동되는 1단의 원심식 고압(HP) 압축기로 과급된다. 연소실은 충돌 냉각식의 환상 설계이다. 연소는 일반적인 연료 공기 혼합기나 기화기가 아닌, 드문 회전 연료 노즐 시스템에 의해 연소실에 공급된다. 바이패스 덕트는 엔진의 전체 길이와 같다. 추력 1900lbf에서, 국제 표준 대기, 해면 고도에서 정지 상태에서의 단위 추력당 시간당 연료 소비율은 0.456lb/hr/lbf이다. 추력을 1500lbf으로 낮춘 파생 기종인 FJ44-1C의 연료 소비율은 0.460lb/hr/lbf이다。
1997년에 투입된 FJ44-2A는 코어 유량을 늘리기 위해 2단 부스터가 추가되었고, 팬은 더 큰 약 55.12cm가 되었다. 응력이 고려되어 공기역학적으로 더 낮은 압축비가 되었고, 고압 원심식 압축기의 압축비가 FJ44-1보다 낮아졌다。 이 외에 배기 혼합기와 전자 연료 제어 장치를 도입했다. 추력 2400lbf의 FJ44-2C는 -2A와 유사하지만, 통합형 유압 기계식 연료 제어 장치를 도입했다.
2004년에 투입된 FJ44-3A는 -2A와 유사하지만, 팬의 직경을 확대하고 듀얼 채널의 FADEC을 장착했다。 추력 2490lbf의 FJ44-3A-24는 -3A의 출력을 낮춘 기종이다.
2005년에 도입된 FJ44-1AP는 이륙 추력은 1965lbf이며, 연료 소비율을 5% 개선하고, 내부 온도를 낮추었다. -1AP는 -1A와 유사하지만, 팬의 압축비가 높아지고, 새로운 연소실과 저압 터빈, 새로운 전체 길이를 덮는 바이패스 덕트/배기 혼합기, 듀얼 채널의 FADEC을 장착했다。
2007년에 투입된 FJ44-4는 -3보다 직경이 큰 하이테크 팬을 갖추고 있다。
필라투스 PC-24에 탑재된 FJ44-4A는 패시브 추력 편향과 조용한 파워 모드를 갖추고 있어, 성능과 효율성 측면에서 이점이 있으며 엔진을 보조 전원 장치처럼 사용할 수 있다。
4. 파생형
윌리엄스 FJ44 엔진은 1992년 FJ44-1A 양산을 시작으로, 추력과 효율을 개선한 다양한 파생형 모델들이 개발되었다.
| 모델명 | 추력 (lbf) | 추력 (kN) | 특징 |
|---|---|---|---|
| FJ44-1A | 1900lbf | 8.452kN | 1992년 양산 시작, 최초 모델 |
| FJ44-1C | 1500lbf | 6.672kN | FJ44-1A의 추력 하향 버전 |
| FJ44-1AP | 1965lbf | 8.741kN | 2005년 출시, 연료 효율 개선, 내부 온도 감소 |
| FJ44-2A | 2300lbf | 10.231kN | 1997년 출시, 팬 직경 증가, 부스터 추가 |
| FJ44-2C | 2400lbf | 10.676kN | FJ44-2A와 유사, 유압기계식 연료 제어 장치 사용 |
| FJ44-3A | 2820lbf | 12.544kN | 2004년 출시, 팬 직경 증가, FADEC 장치 사용 |
| FJ44-3A-24 | 2490lbf | 11.076kN | FJ44-3A의 추력 하향 버전 |
| FJ44-4 | 3600lbf | 15.569kN | 2007년 출시, 대형 팬 사용 |
| FJ44-4A | 필라투스 PC-24에 탑재, 추력 편향 및 조용한 파워 모드 | ||
| FJ44-4M | |||
| F129 | 1500lbf | 6.672kN | FJ44-1C 기반 군용 버전 |
이 외에도 FJ44의 기본 설계를 바탕으로 소형화한 윌리엄스 FJ33 엔진이 있다.
4.1. 주요 파생형
* FJ44-1A: 1992년에 양산을 시작한 FJ44 시리즈의 최초 모델이다. 추력은 1900lbf이며, 직경 531mm의 1단 팬, 1단 IP(Intermediate Pressure) 부스터, 2단 저압 터빈, 1단 원심 고압 압축기, 1단 고압 터빈(냉각 없음)으로 구성된다. 연료 분사 방식은 회전하는 연료 노즐을 사용하는 특이한 방식이며, 바이패스 덕트는 엔진 전체 길이에 걸쳐 있다. 비연료 소모율(SFC)은 1900lbf (지상 정지, 표준 대기 조건)에서 0.456 lb/hr/lbf이다. 추력을 낮춘 버전인 FJ44-1C는 1500lbf을 내며, SFC는 0.460 lb/hr/lbf이다.
* FJ44-2A: 1997년에 선보인 추력 2300lbf 버전이다. 팬 직경이 551mm로 커졌으며, 공기 유량을 늘리기 위한 부스터가 2단 추가되었다. 원심 압축기 성능은 공력적으로 낮추어졌으며, 고압 압축기의 압축비가 FJ44-1에 비해 1 낮아졌다. 배기구 혼합기 및 전자 연료 제어 장치를 사용한다. 추력 2400lbf인 FJ44-2C는 -2A와 비슷하나, 유압기계식 연료 제어 장치를 사용한다.
* FJ44-3A: 2004년에 선보인 추력 2820lbf 버전이다. -2A와 비슷하나, 팬의 직경을 키우고 FADEC(Full Authority Digital Engine Control) 장치를 사용하였다. FJ44-3A-24는 -3A의 추력 하향 버전으로서, 2490lbf이다.
* FJ44-4: 2007년 출시, 추력 3600lbf 버전이다. -3에 비해 직경이 크고 첨단 기술이 적용된 팬을 사용한다. 세스나 CJ4 및 필라투스 PC-24에 사용된다.
* FJ44-1AP: 2005년에 선보인 최소형 급으로, 1965lbf의 이륙 추력과 5% 향상된 비연료 소모율(SFC)을 가지며, 내부 온도를 더 낮추었다. -1A와 비슷하지만, 팬의 압력비가 더 높고, 새로운 연소기, 저압 터빈, 전체 길이 바이패스 덕트/배기구 혼합기를 사용하였고, 2중 채널 FADEC을 사용하였다는 점이 다르다.
* F129: FJ44를 1500lbf로 출력 제한한, 군사용 파생형이다.
| FJ44 사양 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| FJ44-1A | FJ44-1C | FJ44-1AP | FJ44-2A | FJ44-2C | FJ44-3A | FJ44-3A-24 | FJ44-4 | |
| 추력 (lbf) | 1900lbf | 1500lbf | 1965lbf | 2300lbf | 2400lbf | 2820lbf | 2490lbf | 3600lbf |
| 추력 (kN) | 8.452kN | 6.672kN | 8.741kN | 10.231kN | 10.676kN | 12.544kN | 11.076kN | 15.569kN |
| 비연료 소모율 (SFC) (lb/hr/lbf) | 0.456 | 0.460 | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| 건중량 (kg) | 209kg | 209kg | 212kg | 240kg | 236kg | 243kg | 243kg | 295kg |
| 전체 길이 (mm) | 1354mm | 1354mm | 1471mm | 1519mm | 1519mm | 1585mm | 1585mm | 1742mm |
| 대략적인 팬 직경 (mm) | 531mm | 531mm | 526mm | 551mm | 551mm | 582mm | 582mm | 640mm |
4.2. 세부 사양
| 변형 | FJ44-1AP | FJ44-2 | FJ44-3 | FJ44-4 |
|---|---|---|---|---|
| 구성 | 1단 팬과 환상 연소실을 갖춘 2단 스풀 터보팬 | |||
| LP 압축기 | 1단 축류 압축기 | 3단 축류 | ||
| HP 압축기 | 1단 원심 압축기 | |||
| 터빈 | 1단 HP, 2단 LP | |||
| 추력 | 1900lbf - 2100lbf | 2300lbf - 2400lbf | 3000lbf | 3600lbf |
| 무게 | 약 208.65kg | 약 235.87kg - 약 240.40kg | 약 234.05kg - 약 242.67kg | 약 298.46kg |
| 길이 | 약 105.16cm | 약 119.89cm | 약 121.92cm | 약 134.11cm |
| 직경 | 약 52.58cm | 약 55.37cm | 약 58.42cm | 약 64.26cm |
1992년에 추력 1900lbf의 FJ44-1A의 양산이 시작되었다. 이는 2단의 저압(LP) 터빈으로 구동되는, 직경 약 53.09cm의 1단 브리스크식 팬과 1단의 중압(IP) 부스터, 1단의 비냉각 고압(HP) 터빈으로 구동되는 1단의 원심식 고압(HP) 압축기로 과급된다. 연소실은 충돌 냉각식의 환상 설계이다. 연소는 일반적인 연료 공기 혼합기나 기화기가 아닌, 드문 회전 연료 노즐 시스템에 의해 연소실에 공급된다. 바이패스 덕트는 엔진의 전체 길이와 같다. 국제 표준 대기, 해면 고도에서 정지 상태에서의 단위 추력당 시간당 연료 소비율은 0.456lb/lbf/h이다. 추력을 1500lbf으로 낮춘 파생 기종인 FJ44-1C의 연료 소비율은 0.46이다.
추력을 2300lbf으로 올린 개량형 FJ44-2A는 1997년에 투입되었다. 코어 유량을 늘리기 위해 2단 부스터가 추가되었고, 팬은 더 큰 약 55.12cm가 되었다. 응력이 고려되어 공기역학적으로 더 낮은 압축비가 되었고, 고압 원심식 압축기의 압축비가 FJ44-1보다 낮아졌다. 이 외에 배기 혼합기와 전자 연료 제어 장치를 도입했다. 추력 2400lbf의 FJ44-2C는 -2A와 유사하지만, 통합형 유압 기계식 연료 제어 장치를 도입했다.
2004년에 더욱 개량된 추력 2820lbf의 FJ44-3A가 투입되었다. 이는 -2A와 유사하지만, 팬의 직경을 확대하고 듀얼 채널의 FADEC을 장착했다. 추력 2490lbf의 FJ44-3A-24는 -3A의 출력을 낮춘 기종이다.
2005년에 새로운 로우 엔드 버전인 FJ44-1AP가 도입되었다. 이륙 추력은 1965lbf이며, 연료 소비율을 5% 개선하고, 내부 온도를 낮추었다. -1AP는 -1A와 유사하지만, 팬의 압축비가 높아지고, 새로운 연소실과 저압 터빈, 새로운 전체 길이를 덮는 바이패스 덕트/배기 혼합기, 듀얼 채널의 FADEC을 장착했다.
2007년에 추력 3600lbf의 FJ44-4가 투입되었다. 이는 -3보다 직경이 큰 하이테크 팬을 갖추고 있다.
FJ44-4A는 필라투스 PC-24에 탑재되었으며, 패시브 추력 편향과 조용한 파워 모드를 갖추고 있어, 성능과 효율성 측면에서 이점이 있으며 엔진을 보조 전원 장치처럼 사용할 수 있다.