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제너럴 일렉트릭 혼다 HF120

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목차

1. 개요

제너럴 일렉트릭 혼다 HF120은 혼다와 제너럴 일렉트릭(GE)의 합작 회사인 GE 혼다 에어로 엔진에서 개발한 소형 터보팬 엔진이다. 1960년대부터 시작된 혼다의 항공기 엔진 개발 연구를 통해 개발되었으며, 2013년 미국 연방 항공국(FAA)으로부터 형식 승인을 획득했다. HF120은 혼다 제트기에 탑재되어 운용되고 있으며, 스펙트럼 S-40 프리덤에도 탑재될 예정이었으나 개발이 중단되었다. 주요 특징으로는 3D 공기역학 설계, 낮은 배출가스, 저소음, 긴 분해 정비 간격 등이 있다.

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제너럴 일렉트릭 혼다 HF120
HF120 엔진
GE 혼다 HF120 엔진
개요
종류터보팬
제조 국가일본/미국
제조사GE 혼다 에어로 엔진
최초 가동2009년
주요 적용 분야혼다 HA-420 혼다제트
상세 정보
개발 시작2004년
형식 증명2013년 12월 13일 미국 연방 항공국
팬 직경43.7 cm
바이패스비2.9
전반적인 압력비24:1
추력2,095 lbf (9.32 kN) 이륙 시
추력 대 중량 비율5.8:1

2. 개발

혼다 HA-420 혼다 제트의 날개 위에 장착된 HF120 엔진


HF120 터보팬 엔진은 혼다가 독자적으로 개발하던 초기 '''HF118''' 프로토타입을 계승하여 개발되었다. 혼다는 항공기 엔진 분야 경험 부족 및 미국 연방 항공국(FAA) 형식 증명 취득의 어려움으로 인해, 대형 제트 엔진 기술과 인증 노하우를 가진 제너럴 일렉트릭(GE)과 협력하게 되었다. 이에 두 회사는 합작 회사인 GE 혼다 에어로 엔진을 설립하고 HF120을 공동 개발하였다.

개발된 엔진은 2008년 7월 첫 테스트를 진행했으며[2], 2013년 12월 FAA로부터 Part 33 형식 증명을, 2015년에는 생산 인증을 받았다.[4] 엔진의 실제 제조 및 오버홀은 혼다의 자회사인 혼다 에어로가 담당하고, 판매 및 지원은 GE 혼다가 맡는다. 초기 엔진은 GE 공장에서 생산되었으나, 2014년 11월 생산 시설이 벌링턴으로 이전되었다.[3]

2. 1. 개발 배경



일본의 자동차 제조사 혼다는 1960년대부터 항공기 엔진 개발을 위한 연구를 시작했으나, 1971년 가스터빈 탑재 차량 시제작 이후 개발이 일시 중단되었다. 1986년 와코시 기초 기술 연구 센터가 설립되면서 항공기용 소형 가스터빈 엔진 연구가 재개되었다.[14] 초기에는 세라믹 부품을 활용한 1X 엔진, 이중 반전 프로펠러 방식의 터보프롭 엔진(2.5X) 등을 개발했으나, 1991년에는 일반적인 터보팬 엔진으로 개발 방향을 전환했다.[16]

1999년부터 혼다는 소형 클래스 터보팬 엔진인 '''HF118'''의 자체 개발에 착수했다. HF118은 2003년 혼다젯 시제기에 탑재되어 첫 비행에 성공하는 등[16] 성과를 거두었지만, 혼다가 항공기 엔진 분야에 처음 진출하는 것이었기에 실적 부족으로 실제 항공기 제조사들의 채택을 받지는 못했다. 또한, 연방항공청(FAA)의 형식 증명을 혼다 단독으로 취득하는 데 어려움이 있었다.

이때, 대형 제트 엔진 기술과 FAA 형식 인증 취득 노하우를 보유하고 있으며 소형 제트 엔진 시장에 관심을 두던 제너럴 일렉트릭(GE)이 HF118 엔진에 주목했다. 그 결과, 2004년 7월 혼다와 GE는 합작 회사인 GE 혼다 에어로 엔진을 설립하고 HF118을 기반으로 개량 및 성능 향상을 목표로 하는 '''HF120''' 엔진의 공동 개발에 착수했다.[14]

GE 혼다 에어로 엔진 내에서 실제 엔진 제조 및 오버홀은 혼다의 자회사인 혼다 에어로가 담당하고, GE 혼다는 판매 및 기술 지원을 담당하는 방식으로 역할이 분담되었다. 최초의 HF120 엔진은 GE 공장에서 생산되었으나, 2014년 11월 생산 시설이 벌링턴으로 이전되었다.[3]

HF120 엔진은 2008년 7월 첫 테스트를 진행했으며[2], 2013년 12월 13일 FAA로부터 연방 항공 규칙 Part 33에 따른 형식 증명을 취득했다.[17][18][19] 이어 2015년 3월에는 FAA로부터 생산 인증을 획득했는데, 이는 FAA가 제트 엔진에 대해 생산 인증을 부여한 23년 만의 사례였다.[21] 2016년 4월에는 유럽 항공 안전청(EASA)으로부터 형식 증명을 취득했다.[23]

아래는 혼다의 항공 엔진 개발과 관련된 주요 연혁이다.

연도주요 내용
1962년가스터빈 연구 연구실 발족[14]
1971년가스터빈 탑재 차량 시제작 후 개발 일시 중단
1986년와코시 기초 기술 연구 센터 설립, 항공기용 소형 가스터빈 엔진 연구 재개[14], 1X 개발 착수[15]
1987년1X 완성, 이중 반전 프로펠러 방식 터보프롭 2.5X 개발 착수
1989년2.5X 완성, 아프트 팬 방식 3.5X 개발 착수
1991년이중 반전식 터보프롭에서 일반적인 터보팬으로 개발 방향 변경[16]
1992년3.5X 완성, HFX-01 개발 착수[14]
1995년미국의 모하비 사막에서 비행 시험 중 재점화 실패[16]
1998년HF118-2 개발 착수
2000년HFX-01 완성[15]
2002년HF118-2 첫 비행 시험[15]
2003년HF118-2 탑재 혼다젯 첫 비행 성공[16]
2004년항공기 엔진 R&D 센터 설립, HF118 완성, GE와 공동으로 HF120 개발 착수[14]
2013년HF120, 연방항공청(FAA) Part 33 형식 증명 취득[17][18][19]
2014년HF120 출하 개시[20], 생산 시설 벌링턴으로 이전[3]
2015년FAA로부터 제조 증명 취득[21], 유럽 항공 안전청(EASA)에 형식 승인 신고[22]
2016년EASA로부터 형식 증명 취득[23]
2017년문부과학성 "과학기술상 개발 부문" 수상[24]


2. 2. 개발 과정



HF120은 혼다의 초기 '''HF118''' 프로토타입 엔진을 계승하여 개발되었다. 2008년 7월에 첫 테스트를 진행했으며, 2009년 말 인증 취득을 목표로 삼았다.[2] 초기 엔진은 GE의 공장에서 생산되었으나, 2014년 11월에는 생산 시설을 미국 노스캐롤라이나주 벌링턴으로 이전했다.[3] 미국 연방 항공국 (FAA)은 2013년 12월 HF120 터보팬 엔진에 대해 Part 33 형식 승인을 부여했으며, 2015년에는 생산 인증을 부여했다.[4]

3. 설계

HF120 엔진은 개발 초기부터 효율성, 친환경성, 경제성을 핵심 목표로 삼아 설계되었다. 엔진 구성 요소들이 더 높은 효율로 상호 작용하도록 3D 공기역학 설계를 통합하였으며[6], 연소기에는 에퓨전(effusion) 냉각 방식을 적용하여 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC)와 같은 유해 배출가스를 저감하는 데 중점을 두었다.[6] 또한, 소음 수준을 국제민간항공기구(ICAO)의 4단계 소음 규정 기준치보다 낮추는 것을 목표로 설계되었다.[6]

이 엔진은 동급 추력을 내는 다른 엔진들과 비교하여 더 작고 가벼우면서도, 낮은 연료 소비율, 높은 내구성, 낮은 소음 및 배출가스 수준을 달성하는 것을 목표로 개발되었다.[22][26] 원형기인 HF118 엔진(추력 1670lbf) 대비 무게를 줄이고 연비를 개선하며 추력을 높이는 과정에서 개발 완료 시점이 2009년으로 다소 늦춰지기도 했다.[22] 초기 계획된 이륙 추력은 2050lbf이었으며[5], 최종적으로 정격 추력은 2095lbf으로 결정되었다. HondaJet에는 이륙 추력을 2050lbf으로 조정하여 탑재한다.[27][28]

정비 측면에서도 분해 정비 간격(TBO)을 연장하고 중간 수명 점검(hot section inspection)의 필요성을 없애, 결과적으로 운영 비용을 절감할 수 있도록 설계되었다.[7] 2015년 시점에는 추력을 2400lbf까지 강화하는 연구가 진행되었으며[29], 향후 3000lbf ~ 4000lbf 추력대의 차세대 엔진 개발 가능성도 언급되었다. 이는 엠브라에르 페넘 300과 같은 Light급 제트기 시장을 염두에 둔 것이다.[30]

3. 1. 특징

이 엔진은 광폭 코드 후퇴형 팬, 2단 저압 축류식 압축기, 그리고 티타늄 임펠러를 사용한 반대 방향 회전 고압 원심식 압축기를 특징으로 한다. 연소실은 반전식이며, 터빈은 저압 2단, 고압 1단으로 구성되어 있다. 특히 고압 터빈에는 단결정 내열 합금이 사용되었다[25]. 엔진의 이륙 추력은 2050lbf이다.[5] 정격 추력은 2095lbf이며, HondaJet에서는 2050lbf으로 조정하여 사용한다[27][28]. 이는 원형기인 HF118의 추력 1670lbf보다 향상된 성능으로, HF118 대비 무게 감소, 연비 개선, 추력 향상을 이루었다[22].

HF120 엔진은 3D 공기역학 설계를 적용하여 구성 요소들이 더 높은 효율로 상호 작용하도록 설계되었다. 또한, 에퓨전(effusion) 냉각 방식의 연소기 설계를 통해 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 배출을 낮춘 친환경적인 특징을 가진다. 소음 수준 역시 국제민간항공기구(ICAO)의 4단계 소음 규정 기준치보다 낮다.[6] 동급 추력을 내는 다른 엔진들과 비교했을 때, HF120은 소형, 경량이며 연비, 내구성, 저소음, 저배출 측면에서 우수하다[22][26].

정비 측면에서도 장점을 가진다. 분해 정비 간격(TBO)은 초기 2,500시간에서 시작하여 5,000시간까지 연장될 것으로 예상된다. 중간 수명에 요구되는 핫 섹션(고온부) 검사가 필요 없어 정비 편의성을 높였다. 이를 통해 다른 엔진보다 약 40% 더 오랫동안 항공기 날개에 장착된 상태로 운용될 수 있을 것으로 기대되며, 결과적으로 낮은 운영 비용에 기여할 것으로 보인다.[7]

3. 2. 기술 사양

HF120 엔진은 다음과 같은 기술 사양을 가진다.[11]

HF120 기술 사양
항목내용
형식터보팬 엔진
길이약 151.13cm (전체 길이)
직경약 65.53cm (최대)
건조 중량211.3kg (기본 부속품 및 선택 장비 포함)[12]
압축기광폭 코드 팬 1개, 축류 저압(LP)단 2개, 원심 고압(HP)단 1개
연소기소형 역류 환형
터빈축류 고압(HP)단 1개 (48,777 rpm), 축류 저압(LP)단 2개 (19,055 rpm)
이륙 추력2050lbf[5] (정격 추력: 2095lbf)[22]
전체 압력비24:1
바이패스 비2.9:1
터빈 입구 온도860°C (이륙 시)
특정 연료 소비율<0.7lb/lbf/h (순항 시)
추력 대 중량비5:1 이상
오버홀 간격5,000 시간[7]



이 엔진은 광폭 코드 후퇴형 팬, 2단 저압 압축기, 그리고 티타늄 임펠러 기반의 반대 방향 회전 고압 압축기를 특징으로 한다.[5] 고압 터빈에는 단결정 내열 합금이 사용되었다.[25] HF120 엔진의 구성 요소들은 3D 공기역학 설계를 통합하여 효율을 높였으며, 에퓨전(effusion) 냉각 연소기 설계는 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 배출을 낮추는 데 기여한다. 소음 수준은 국제민간항공기구(ICAO)의 4단계 소음 규정 기준치보다 낮다.[6]

2016년 5월 기준으로 분해 정비 간격(TBO)은 5,000시간으로, 중간 수명 점검(hot section inspection)이 필요 없어 동급의 다른 엔진보다 약 40% 더 오래 기체에 장착된 상태로 운용할 수 있을 것으로 예상되며, 이는 낮은 운영 비용으로 이어진다.[7]

개발 초기인 2006년에는 이륙 추력을 2050lbf으로 계획했으나, 최종적으로 정격 추력은 2095lbf으로 결정되었다. HondaJet에서는 이륙 추력을 2050lbf으로 조정하여 사용한다.[27][28] 이전 모델인 HF118은 크기는 비슷했지만 추력은 1670lbf으로 더 작았다. HF118 대비 무게 감소, 연비 개선, 추력 향상을 목표로 개발이 진행되어 완성 시기는 2009년으로 늦춰졌다.[22] 2015년 시점에는 추력을 2400lbf까지 강화하는 연구가 진행 중이었다.[29]

4. 운용 현황

HF120 엔진은 2017년 기준으로 혼다 제트에 탑재되어 운용 중이다. 과거 스펙트럼 에어로너티컬은 자사의 S-40 프리덤에 HF120을 사용할 계획이었으나,[10] 이 항공기의 개발은 중단되었다.

시에라 인더스트리는 세스나 사이테이션 CJ1 기종의 엔진을 HF120으로 교체하는 개조 사업을 GE 혼다와 제휴하여 추진했다.[8][9] 또한 2014년 10월 21일, 시에라 인더스트리는 사이테이션 525 중고 기체의 엔진을 HF120으로 교체하여 성능을 개선하는 "사파이어 프로그램"을 발표했다.[31] 그러나 2015년 11월 시에라 인더스트리가 이노바 에어로스페이스에 인수되면서[32] 이 계획은 백지화되었다.[33]

5. 지원

HF120의 수리 및 정비(MRO) 거점으로는 미국 노스캐롤라이나주 버링턴에 있는 혼다 에어로가 선정되었다. 또한 GE 혼다는 제조사 보증 기간 및 보증 범위를 초과한 정기 점검, 정기 교환, 고장 시 수리 및 교환을 보증하는 "엔진 유지 관리"(EMC) 프로그램을 GE 혼다 인증 서비스 거점을 통해 제공하고 있다. 이 프로그램에는 고객에게 포괄적인 유지 관리 내용을 제공하는 "EMC2"와 주로 부품을 제공하는 "EMC"의 두 가지 코스가 설정되어 있다.

6. 적용 기종

2017년 현재 HF120 엔진은 혼다 HA-420 혼다제트에 탑재되어 있다. 과거 스펙트럼 S-40 프리덤에도 탑재할 계획이 있었지만, 이 기종의 개발은 중단되었다.

또한, 2014년 10월 21일에는 시에라 인더스트리즈와 공동으로 사이테이션 525 중고 기체의 엔진을 HF120으로 교체하여 기체 성능 개선과 가치 향상을 도모하는 "사파이어 프로그램"을 발표했다.[31] 그러나 시에라 인더스트리즈가 2015년 11월 이노바 에어로스페이스에 인수되면서[32] 이 계획은 백지화되었다.[33]

참조

[1] 간행물 GE Honda's HF120 Engine Completes First Run Test http://www.geaviatio[...] GE Aviation 2009-10-19
[2] 간행물 Engine Prototyping prepares GE Honda Aero Engines for certification tests http://www.geaviatio[...] GE Aviation Press Release 2008-07-28
[3] 뉴스 GE Honda Transitions HF120 Production to N. Carolina http://www.ainonline[...] 2014-11-12
[4] 뉴스 GE Honda Wins FAA Production Certificate for HF120 Engine http://www.ainonline[...] 2015-03-18
[5] 웹사이트 GE Honda Aero Engines http://www.flightglo[...]
[6] 웹사이트 HF120 Engine http://gehonda.com/e[...] GE Honda Aero Engines
[7] 뉴스 GE Honda HF120-H1A Turbofans http://aviationweek.[...] Aviation Week 2016-05-26
[8] 웹사이트 Sierra Selects GE Honda HF120 for Sapphire CitationJet Upgrade Program http://www.ainonline[...] 2014-09-18
[9] 간행물 GE Honda launches Cessna jet engine retrofit programme https://www.flightgl[...] 2014-10-20
[10] 웹사이트 The Spectrum Freedom S.40 Overview https://www.spectrum[...]
[11] 웹사이트 HF120 Turbofan Engine http://world.honda.c[...] Honda Worldwide 2017-09-29
[12] 웹사이트 TCDS No.: IM.E.054 https://www.easa.eur[...] EASA 2016-04-20
[13] 뉴스 GE Honda Aero Engines Marks 500th Production Engine https://www.gehonda.[...] GE Honda 2022-06-02
[14] 웹사이트 ホンダ航空機エンジン開発基地を初公開！ https://www.webcarto[...] webcartop.jp 2014-12-23
[15] 웹사이트 ホンダ、Honda Jet用エンジン「HF120」試験設備など公開 https://car.watch.im[...] webcartop.jp 2014-12-26
[16] 웹사이트 「宗一郎の夢」　ホンダジェットの開発現場に密着 https://www.nikkei.c[...] 2015-04-24
[17] 뉴스 GE Honda、ターボファンエンジンHF120の型式認定を取得 http://www.honda.co.[...] ホンダ
[18] 뉴스 ホンダ、米GEとの折半出資子会社がターボファンエンジン「HF120」の型式認定を取得 http://release.nikke[...] 日本経済新聞 2013-12-16
[19] 뉴스 ホンダジェットのエンジン、FAAから型式証明取得 http://www.aviationw[...] Aviation Wire 2013-12-16
[20] 뉴스 GE Honda、小型ターボファンエンジンHF120の出荷開始とメンテナンスサービス施設の選定を発表 http://www.honda.co.[...] ホンダ
[21] 뉴스 ホンダジェットのエンジンが型式証明を取得！いよいよ引き渡し近づく https://newswitch.jp[...] 日刊工業新聞 2015-05-21
[22] 뉴스 ホンダジェットのエンジン、EASAの型式認定取得へ http://www.aviationw[...]
[23] 뉴스 GE Honda、小型ジェットエンジン「HF120」の欧州における型式認定を取得 http://www.honda.co.[...]
[24] 뉴스 「平成29年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 科学技術賞 開発部門」を受賞 http://www.honda.co.[...] ホンダ
[25] 뉴스 ホンダジェット、[HF120]エンジンの型式証明を取得 http://tokyoexpress.[...]
[26] 웹사이트 GE Honda Aero Engines Company Profile https://web.archive.[...] Flight International
[27] 웹사이트 HF120 Environmental Performance https://web.archive.[...] GE Honda website (Web Archive)
[28] 웹사이트 HondaJet スペック https://web.archive.[...]
[29] 뉴스 EBACE: GE Honda studies single-engine, more thrust for HF120 http://www.flightglo[...] FLIGHTGLOBAL 2015-05-18
[30] 뉴스 GE Honda Aero Engines Poised to Add to Turbofan Family https://www.ainonlin[...] ainonline 2016-10-29
[31] 뉴스 GEホンダ、航空機用ターボファンエンジン「HF120」のサービス体制を米国などで構築 http://response.jp/a[...]
[32] 뉴스 INNOVA AEROSPACE BUYS SIERRA INDUSTRIES AND SABRELINER https://www.aopa.org[...] AOPA 2015-11-19
[33] 뉴스 深層断面／ホンダジェット正念場、生産計画遅れ・エンジン受注白紙 https://www.nikkan.c[...] 日刊工業新聞 2016-11-16


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