제트추진
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
제트 추진은 유체의 빠르게 움직이는 제트를 통해 추력을 생성하는 방식으로, 반동 엔진이나 일부 동물에 의해 발생한다. 비추력은 로켓 엔진이나 제트 엔진의 효율성을 나타내는 척도로, 추진제 단위당 전달되는 총 충격량이며, 추력은 유효 배기 속도와 추진제 유량의 곱으로 정의된다. 제트 추진 기관에는 제트 엔진, 로켓 엔진, 플라즈마 엔진, 펌프젯 등이 있으며, 제트 엔진은 터보제트, 터보팬, 램제트, 펄스 제트 등으로 분류된다. 두족류, 경골어류, 잠자리 유충, 가리비, 히드로충류, 멍게, 일부 해파리 등 다양한 생물도 제트 추진을 활용한다.
더 읽어볼만한 페이지
| 제트추진 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 작동 방식 | 연료를 연소시켜 뜨거운 가스를 생성하고, 이 가스를 노즐을 통해 고속으로 분사하여 추력을 얻음 |
| 특징 | |
| 주요 특징 | 고속 비행에 효율적이며, 높은 추력 대 중량비를 가짐 |
| 작동 원리 | 뉴턴의 운동 제3 법칙 (작용-반작용의 법칙) |
| 역사 | |
| 초기 연구 | 1세기경 헤론의 아이올리스 |
| 실용화 | 20세기 초 프랑크 휘틀과 한스 폰 오하인의 터보제트 엔진 개발 |
| 추진 방식 | |
| 종류 | 로켓 터보제트 엔진 터보팬 엔진 램제트 스크램제트 |
| 세부 설명 | 각 방식은 작동 원리, 효율, 적용 분야 등에서 차이를 보임 |
| 구성 요소 | |
| 일반적인 구성 요소 | 흡입구 압축기 연소기 터빈 노즐 |
| 작동 원리 | |
| 작동 단계 | 공기 흡입 및 압축 연료 분사 및 연소 고온 가스의 팽창 및 노즐을 통한 분사 추력 발생 |
| 효율 | |
| 효율에 영향을 미치는 요인 | 엔진 설계 비행 속도 고도 |
| 효율 향상 기술 | 고바이패스 비율 터보팬 엔진 가변 노즐 |
| 장단점 | |
| 장점 | 높은 추력 높은 속도 |
| 단점 | 높은 연료 소비 소음 |
| 응용 분야 | |
| 주요 응용 분야 | 항공기 미사일 로켓 |
| 기타 응용 분야 | 산업용 가스 터빈 선박 추진 |
| 미래 동향 | |
| 연구 개발 동향 | 연료 효율 향상 소음 감소 친환경 기술 개발 |
| 미래 기술 | 펄스 데토네이션 엔진 (PDE) 로켓 기반 복합 사이클 (RBCC) 엔진 |
| 참고 | |
| 관련 용어 | 추력 비추력 열효율 |
2. 작동 원리
제트 추진은 반동 엔진이나 일부 동물에 의해 발생하며, 이때 추력은 유체의 빠르게 움직이는 제트에 의해 뉴턴의 운동 법칙에 따라 생성된다. 이는 레이놀즈 수가 높을 때, 즉 추진되는 물체가 비교적 크고 점성이 낮은 매질을 통과할 때 가장 효과적이다.[1]
동물에서 가장 효율적인 제트는 연속적이기보다는 맥동형이다.[2] 이는 최소한 레이놀즈 수가 6보다 클 때 해당된다.[3]
2. 1. 비추력 (Specific Impulse)
비추력(''I''sp)은 로켓 엔진이 추진제를 얼마나 효과적으로 사용하는지 또는 제트 엔진이 연료를 얼마나 효과적으로 사용하는지를 나타내는 척도이다.[4] 정의에 따르면, 소비된 추진제 단위당 전달되는 총 충격량 (또는 운동량의 변화)이다.[4] 이는 생성된 추력을 추진제 질량 유량 또는 중량 유량으로 나눈 값과 차원적으로 동일하다.[5] 추진제의 단위로 질량 (킬로그램, 파운드-질량, 또는 슬러그)을 사용하는 경우 비추력의 단위는 속도가 된다. 대신 무게 (뉴턴 또는 파운드-힘)를 사용하는 경우 비추력의 단위는 시간(초)이 된다. 유량에 표준 중력 (''g''0)을 곱하면 비추력이 질량 기준에서 중량 기준으로 변환된다.[5]비추력이 더 높은 추진 시스템은 전방 추력을 생성하는 데 추진제 질량을 더 효과적으로 사용하며, 로켓의 경우 치올코프스키 로켓 방정식에 따라 주어진 델타-v에 필요한 추진제가 더 적다.[4][6] 이는 엔진이 고도, 거리 및 속도를 얻는 데 더 효과적임을 의미한다.
비추력에는 연소에 사용되어 사용된 추진제와 함께 배출된 외부 공기가 제공하는 충격량 기여도가 포함된다. 제트 엔진은 외부 공기를 사용하므로 로켓 엔진보다 훨씬 높은 비추력을 갖는다. 소비된 추진제 질량 측면에서 비추력은 시간당 거리의 단위를 가지며, 이는 "유효 배기 속도"라고 하는 인위적인 속도이다. ''실제'' 배기 속도보다 높은데, 그 이유는 연소 공기의 질량이 고려되지 않기 때문이다. 실제 및 유효 배기 속도는 공기를 사용하지 않는 로켓 엔진에서는 동일하다.
비추력은 비연료 소비율 (SFC)에 반비례하며, SFC가 kg/(N·s)인 경우 ''I''sp = 1/(''go''·SFC)이고 SFC가 lb/(lbf·hr)인 경우 ''I''sp = 3600/SFC이다.
2. 2. 추력 (Thrust)
SI 단위계에서 추력은 다음과 같이 정의된다.:
여기서 는 유효 배기 속도이고, 는 추진제 유량이다.
3. 제트 추진 기관의 종류
반작용 엔진은 고체 또는 유체 반작용 질량을 배출하여 추력을 발생시킨다. 제트 추진은 유체 반작용 질량을 사용하는 엔진에만 적용된다.
== 제트 엔진 (Jet Engine) ==
제트 엔진은 주변 공기를 작동 유체로 사용하고 이를 뜨겁고 고압의 가스로 변환하여 하나 이상의 노즐을 통해 팽창시키는 반동 엔진이다. 기술적으로 대부분의 제트 엔진은 가스 터빈이며, 브레이턴 사이클을 기반으로 작동한다. 터보제트와 터보팬의 두 가지 유형의 제트 엔진은 축류 압축기 또는 원심 압축기를 사용하여 연소기 전의 압력을 높이고, 터빈을 사용하여 압축을 구동한다. 램제트는 압축기를 생략하고 대신 고속으로 생성된 동압(램 압축이라고 함)에 의존하기 때문에 높은 비행 속도에서만 작동한다. 펄스 제트 엔진 또한 압축기와 터빈을 생략하지만 정적 추력을 생성할 수 있으며 최대 속도가 제한적이다.
=== 터보제트 (Turbojet) ===
제트 엔진은 주변 공기를 작동 유체로 사용하고 이를 뜨겁고 고압의 가스로 변환하여 하나 이상의 노즐을 통해 팽창시키는 반동 엔진이다. 기술적으로 대부분의 제트 엔진은 가스 터빈이며, 브레이턴 사이클을 기반으로 작동한다. 터보제트와 터보팬의 두 가지 유형의 제트 엔진은 축류 압축기 또는 원심 압축기를 사용하여 연소기 전의 압력을 높이고, 터빈을 사용하여 압축을 구동한다.
=== 터보팬 (Turbofan) ===
제트 엔진은 주변 공기를 작동 유체로 사용하고 이를 뜨겁고 고압의 가스로 변환하여 하나 이상의 노즐을 통해 팽창시키는 반동 엔진이다. 기술적으로 대부분의 제트 엔진은 가스 터빈이며, 브레이턴 사이클을 기반으로 작동한다. 터보제트와 터보팬의 두 가지 유형의 제트 엔진은 축류 압축기 또는 원심 압축기를 사용하여 연소기 전의 압력을 높이고, 터빈을 사용하여 압축을 구동한다. 램제트는 압축기를 생략하고 대신 고속으로 생성된 동압(램 압축이라고 함)에 의존하기 때문에 높은 비행 속도에서만 작동한다. 펄스 제트 엔진 또한 압축기와 터빈을 생략하지만 정적 추력을 생성할 수 있으며 최대 속도가 제한적이다.
=== 램제트 (Ramjet) ===
램제트는 압축기를 생략하고 대신 고속으로 생성된 동압(램 압축이라고 함)에 의존하기 때문에 높은 비행 속도에서만 작동한다. 펄스 제트 엔진 또한 압축기와 터빈을 생략하지만 정적 추력을 생성할 수 있으며 최대 속도가 제한적이다.
=== 펄스 제트 (Pulse Jet) ===
펄스 제트 엔진은 압축기와 터빈을 생략하지만 정적 추력을 생성할 수 있으며 최대 속도가 제한적이다.
=== 로켓 엔진 (Rocket Engine) ===
로켓은 자체적으로 산화제를 탑재하고, 공기 중의 산소를 이용하는 대신, 혹은 핵 로켓의 경우 불활성 추진제(예: 액체 수소)를 원자로를 통과시켜 가열함으로써 우주 진공 상태에서도 작동할 수 있다.
=== 플라즈마 엔진 (Plasma Engine) ===
플라즈마 추력기는 플라즈마를 전자기적 수단으로 가속한다.
=== 펌프젯 (Pump-jet) ===
펌프젯은 해양 추진에 사용되며, 덕티드 프로펠러나 원심 펌프 또는 이 둘의 조합으로 가압된 물을 작동 유체로 사용한다.
3. 1. 제트 엔진 (Jet Engine)
제트 엔진은 주변 공기를 작동 유체로 사용하고 이를 뜨겁고 고압의 가스로 변환하여 하나 이상의 노즐을 통해 팽창시키는 반동 엔진이다. 기술적으로 대부분의 제트 엔진은 가스 터빈이며, 브레이턴 사이클을 기반으로 작동한다. 터보제트와 터보팬의 두 가지 유형의 제트 엔진은 축류 압축기 또는 원심 압축기를 사용하여 연소기 전의 압력을 높이고, 터빈을 사용하여 압축을 구동한다. 램제트는 압축기를 생략하고 대신 고속으로 생성된 동압(램 압축이라고 함)에 의존하기 때문에 높은 비행 속도에서만 작동한다. 펄스 제트 엔진 또한 압축기와 터빈을 생략하지만 정적 추력을 생성할 수 있으며 최대 속도가 제한적이다.3. 1. 1. 터보제트 (Turbojet)
제트 엔진은 주변 공기를 작동 유체로 사용하고 이를 뜨겁고 고압의 가스로 변환하여 하나 이상의 노즐을 통해 팽창시키는 반동 엔진이다. 기술적으로 대부분의 제트 엔진은 가스 터빈이며, 브레이턴 사이클을 기반으로 작동한다. 터보제트와 터보팬의 두 가지 유형의 제트 엔진은 축류 압축기 또는 원심 압축기를 사용하여 연소기 전의 압력을 높이고, 터빈을 사용하여 압축을 구동한다.3. 1. 2. 터보팬 (Turbofan)
제트 엔진은 주변 공기를 작동 유체로 사용하고 이를 뜨겁고 고압의 가스로 변환하여 하나 이상의 노즐을 통해 팽창시키는 반동 엔진이다. 기술적으로 대부분의 제트 엔진은 가스 터빈이며, 브레이턴 사이클을 기반으로 작동한다. 터보제트와 터보팬의 두 가지 유형의 제트 엔진은 축류 압축기 또는 원심 압축기를 사용하여 연소기 전의 압력을 높이고, 터빈을 사용하여 압축을 구동한다. 램제트는 압축기를 생략하고 대신 고속으로 생성된 동압(램 압축이라고 함)에 의존하기 때문에 높은 비행 속도에서만 작동한다. 펄스 제트 엔진 또한 압축기와 터빈을 생략하지만 정적 추력을 생성할 수 있으며 최대 속도가 제한적이다.3. 1. 3. 램제트 (Ramjet)
램제트는 압축기를 생략하고 대신 고속으로 생성된 동압(램 압축이라고 함)에 의존하기 때문에 높은 비행 속도에서만 작동한다. 펄스 제트 엔진 또한 압축기와 터빈을 생략하지만 정적 추력을 생성할 수 있으며 최대 속도가 제한적이다.3. 1. 4. 펄스 제트 (Pulse Jet)
펄스 제트 엔진은 압축기와 터빈을 생략하지만 정적 추력을 생성할 수 있으며 최대 속도가 제한적이다.분류:제트 엔진
3. 2. 로켓 엔진 (Rocket Engine)
로켓은 자체적으로 산화제를 탑재하고, 공기 중의 산소를 이용하는 대신, 혹은 핵 로켓의 경우 불활성 추진제(예: 액체 수소)를 원자로를 통과시켜 가열함으로써 우주 진공 상태에서도 작동할 수 있다.3. 3. 플라즈마 엔진 (Plasma Engine)
플라즈마 추력기는 플라즈마를 전자기적 수단으로 가속한다.3. 4. 펌프젯 (Pump-jet)
펌프젯은 해양 추진에 사용되며, 덕티드 프로펠러나 원심 펌프 또는 이 둘의 조합으로 가압된 물을 작동 유체로 사용한다.4. 제트 추진을 이용하는 생물
두족류는 포식자로부터의 탈출을 위해 제트 추진을 사용하며, 느린 수영에는 다른 메커니즘을 사용한다. 제트는 물을 사이펀을 통해 내뿜어 생성되는데, 일반적으로 좁은 입구로 좁아져 최대 배출 속도를 낸다. 물은 배출 전에 아가미를 통과하여 호흡과 이동이라는 이중 목적을 달성한다.[1] 바다 토끼(복족류 연체동물)는 이와 유사한 방식을 사용하지만, 두족류의 정교한 신경 기구가 없어 다소 어설프게 움직인다.[1]
일부 경골어류 역시 지느러미 추진 운동을 보완하기 위해 아가미를 통해 물을 통과시켜 제트 추진을 개발했다.[7]
일부 잠자리 유충에서는 항문을 통해 특수 공동에서 물을 배출하여 제트 추진을 달성한다. 유기체의 작은 크기를 고려할 때, 엄청난 속도를 낼 수 있다.[8]
가리비와 떡조개,[9] 히드로충류,[10] 멍게(예: 살파)[11][12] 그리고 일부 해파리 역시 제트 추진을 사용한다.[13][14][15] 가장 효율적인 제트 추진 유기체는 살파인데,[11] 오징어보다 킬로그램당 미터당 한 자릿수 적은 에너지를 사용한다.[16]
4. 1. 두족류 (Cephalopods)
두족류는 포식자로부터의 탈출을 위해 제트 추진을 사용하며, 느린 수영에는 다른 메커니즘을 사용한다. 제트는 물을 사이펀을 통해 내뿜어 생성되는데, 일반적으로 좁은 입구로 좁아져 최대 배출 속도를 낸다. 물은 배출 전에 아가미를 통과하여 호흡과 이동이라는 이중 목적을 달성한다.[1] 바다 토끼(복족류 연체동물)는 이와 유사한 방식을 사용하지만, 두족류의 정교한 신경 기구가 없어 다소 어설프게 움직인다.[1]4. 2. 기타
두족류는 포식자로부터 탈출하기 위해 제트 추진을 사용하며, 느리게 수영할 때는 다른 방식을 사용한다. 제트는 물을 사이펀을 통해 뿜어내 생성되는데, 일반적으로 좁은 입구를 통해 최대 배출 속도를 낸다. 물은 배출 전에 아가미를 지나가 호흡과 이동이라는 이중 목적을 수행한다.[1] 바다 토끼(복족류 연체동물)는 이와 비슷한 방식을 사용하지만, 두족류의 정교한 신경 기구가 없어 다소 움직임이 어설프다.[1]일부 경골어류 역시 지느러미 추진 운동을 보완하기 위해 아가미를 통해 물을 통과시켜 제트 추진을 개발했다.[7] 일부 잠자리 유충은 항문을 통해 특수 공동에서 물을 배출하여 제트 추진을 하는데, 작은 크기에도 불구하고 엄청난 속도를 낼 수 있다.[8]
가리비와 떡조개,[9] 히드로충류,[10] 멍게(예: 살파)[11][12] 그리고 일부 해파리 역시 제트 추진을 사용한다.[13][14][15] 가장 효율적인 제트 추진 유기체는 살파인데,[11] 오징어보다 킬로그램당 미터당 한 자릿수 적은 에너지를 사용한다.[16]
참조
[1]
논문
Cephalopods and Fish: the Limits of Convergence
[2]
논문
Comparative jet wake structure and swimming performance of salps
https://authors.libr[...]
[3]
논문
The role of optimal vortex formation in biological fluid transport
[4]
웹사이트
What is specific impulse?
http://www.qrg.north[...]
Qualitative Reasoning Group
2009-12-22
[5]
웹사이트
Specific impulse
http://www.grc.nasa.[...]
NASA
2008-07-11
[6]
뉴스
New F-1B rocket engine upgrades Apollo-era design with 1.8M lbs of thrust
https://arstechnica.[...]
Ars Technica
2013-04-14
[7]
서적
The Skull
University of Chicago Press
[8]
논문
Jet-propulsion in anisopteran dragonfly larvae
[9]
간행물
Nautilus
[10]
논문
Jet propulsion of the calycophoran siphonophores ''Chelophyes'' and ''Abylopsis''
[11]
논문
Jet propulsion in salps (Tunicata: Thaliacea)
[12]
논문
Jet propulsion in Doliolum (Tunicata: Thaliacea)
[13]
논문
Mechanics of Jet Propulsion in the Hydromedusan Jellyfish, ''Polyorchis Pexicillatus'': I. Mechanical Properties of the Locomotor Structure
http://jeb.biologist[...]
1988-01-01
[14]
논문
Mechanics of Jet Propulsion in the Hydromedusan Jellyfish, ''Polyorchis Pexicillatus'': II. Energetics of the Jet Cycle
http://jeb.biologist[...]
1988-01-01
[15]
논문
Mechanics of Jet Propulsion in the Hydromedusan Jellyfish, ''Polyorchis Pexicillatus'': III. A Natural Resonating Bell; The Presence and Importance of a Resonant Phenomenon in the Locomotor Structure
http://jeb.biologist[...]
1988-01-01
[16]
논문
Aspects of jet propulsion in salps
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com