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| 여객기의 제트 엔진[1] |
| 전투기의 제트 엔진[2] |
| 두 엔진의 형상이 큰 차이를 보이는 이유는 애프터버너와 TVC 문서를 참조할 것. |
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1. 개요
Jet engine제트 엔진은 지속적으로 흐르는 뜨거운 압축공기에 기름을 뿌려 산화시켜 부피를 크게 늘린 것을 그대로 공중에 분출하여 추진력으로 활용하는 엔진이다. 대개는 흡기의 가압을 위해 전단부에 공기압축용 터보팬을 필요로 하며, 추진력 중 일부는 이 터보팬을 돌리는데 쓰인다.
높은 경제성과 성능, 신뢰성 때문에 현재 항공기용으로 가장 많이 채택되는 형태의 엔진이며[3][4] 연료로는 등유(Kerosene)가 사용된다.[5]
2. 발명
하인켈 시리즈부터 메서슈미트 시리즈로 이어지는 독일의 초기 제트 전투기가 유명하기 때문에 독일이 제트엔진을 처음 만들었다고 오해하기 쉽지만, 독일은 제트엔진을 최초로 항공기에 적용시킨 것이지 발명했던 건 아니다. 제트엔진을 처음 발명한 사람은 영국인 프랭크 휘틀[6]이다. 이론적으로 제트엔진이 가능함을 보여준것도 영국의 공학자 그리피스다.[7]청년 시절 휘틀은 영국왕립공군사관학교에 입학했지만, 평소 위험한 곡예비행을 즐기는 행동 등으로 좋은 평가를 받지 못했고 최종 조종사 시험에도 불합격했다. 하지만 휘틀의 재능을 눈여겨본 상관은 그를 왕립공군대학에 추천해 입학하게 해줬고, 이때부터 21세의 휘틀은 피스톤을 대신할 터빈 엔진용 비행 추진체를 연구하게 됐다. 10여 년의 시간이 지난 1937년, 휘틀은 세계 최초로 원심 압축식 제트 엔진이라는 발명품을 내놓아 특허권을 획득한다. 비슷한 시기에 독일에서 제트 엔진을 연구하던 한스 폰 오하인(Hans von Ohain)보다 한 발 앞선 성공이었다.
하지만 영국에서는 웬일인지 제트 엔진에 크게 주목하지 않았다.[8] 반면 휘틀의 제트 엔진보다 조금 늦게 개발된 오하인의 제트 엔진은 곧 비행기에 활용되기 시작한다. 결국 제트 엔진을 이용한 최초의 비행기, 하인켈 178은 1939년 독일에서 최초로 탄생했다. 영국 공군은 1938년이 돼서야 제트 엔진에 관심을 두기 시작했고, 독일보다 3년 늦은 1941년에 영국 최초의 제트기 글로스터 E.28/39를 개발했다.
전후인 1950년대가 되자 제트 엔진은 본격적으로 상용화되기 시작했고, MiG-15, F-86과 같은 제트 전투기와 DH-106 코멧 등 제트 여객기가 등장한다. 왕복 엔진을 장착한 기존의 프로펠러 전투기들보다 압도적으로 빠른 속도와 출력, 상승 고도란 이점이 있었다. 프롭 전투기들은 아무리 속도가 빨라도 7~800km/h가 한계였지만, 제트기는 700km/h는 물론 초음속도 가능했다. 인류가 초음속 비행에 성공한 것도 이 제트 엔진 때문에 가능했다. 게다가 비싼 가솔린을 쓰는 왕복 엔진과 달리 제트 엔진은 저렴한 등유를 사용할 수 있다는 장점도 있었다.
제트기는 프롭기를 거의 모든 분야에서 대체했고[9] , 여러 군대에서도 제트기의 가치를 알아보고 빠르게 대체한다. 그중 미군은 기존의 주력 폭격기이던 B-29가 한국전쟁에서 MiG-15에게 우수수 떨어지는 것을 보고 새로운 제트폭격기를 개발한다. 그 결과물이 B-52 스트라토포트리스이다.
한편 민간 시장에서도 제트기는 높은 수송량과 빠른 속도로 주목을 받고, DH-106 코멧에 이어 B707, DC-8 등 초기 장거리 협동체 제트여객기들이 등장한다.
3. 종류
구동방식에 따라 크게 터보제트, 터보팬, 램제트, 펄스제트, 로켓제트 등으로 나뉜다. 로켓 엔진도 다른 제트엔진처럼 연료의 연소가스를 분출하여 추력을 얻으나, 산화제와 같이 외부 공기를 흡입하지 않고도 연소를 발생시킬 수 있는 시스템이 내부에 갖춰져있는 데다 엔진의 종류가 꽤 세분화되어 있으므로 제트 엔진에서도 구분이 필요하다.가스터빈 형식의 제트 엔진은 압축기 형태나 추력 생산 방식에 따라 터보제트, 터보팬, 터보프롭 엔진으로 나뉜다. 터보샤프트 엔진은 가스터빈 엔진의 기본적인 구조를 가지고 있으나, 왕복엔진 처럼 연소 에너지가 오로지 축을 돌리도록 설계되었기에 연소가스는 분사되어 추력을 내기는 커녕 단순히 배기가스로 버려지기[10] 때문에 제트엔진이라 보기 어렵다.
| 걸프 전쟁. A-6E 인트루더가 캐터펄트에서 이륙 준비 도중 사고로 정비원[11]이 빨려들어가는 영상. 헬멧이 먼저 빨려들어갔고, 공기 흐름을 안정화시키는 블레이드/콘[12]에 걸린데다 파일럿이 바로 시동을 껐기 때문에 해당 정비원은 회복 가능한 부상[13]만 입고 생존했다. |
| 탑기어와 Mythbusters의 실험 영상. 둘 다 보잉 747[14]의 CF6 엔진을 사용해 실험했다. 포드 몬데오나 시트로엥 2CV 같은 승용차는 물론이고 튼튼하기로 소문난 미제 스쿨버스까지 낙엽마냥 날아가버린다. |
3.1. 팬이 있는 엔진
터보제트 엔진은 가장 처음 출현한 원시적인 제트엔진으로 구조가 간단하고 가속도가 좋고 고속에서의 효율이 좋지만 저공 저속에서의 효율이 매우 낮은 것이 단점이다. 과거 터보팬 엔진이 개발되기 전에는 거의 모든 제트기가 터보제트 엔진을 사용했으나 터보팬과 터보프롭의 등장 이후 항공기용으로는 잘 사용되지 않고 구조가 간단한 점을 이용해 미사일이나 무인기용으로 많이 사용되고 있다. 자세한 내용은 해당항목 참조.터보팬 엔진은 터보제트 엔진의 흡입구 부분에 공기를 유입시키는 커다란 팬을 단 것인데 팬이 돌아가면서 공기가 압축기를 거쳐 연소부분과 노즐로 나가는 것까지는 터보제트 엔진과 비슷하지만 팬을 통해 유입되는 공기의 일부가 압축기 바깥을 지나(바이패스 bypass) 연소되지 않고 바로 분출된다. 이렇게 분출되는 공기는 추진력으로 사용되고, 노즐로 분사되는 가스를 냉각시켜주는 효과도 있는데 터보팬 엔진은 터보제트 엔진에 비해 연료의 효율이 높다. 한편 바이패스되는 공기와 노즐로 분사되는 가스의 비율을 바이패스비라고 하는데, 가령 바이패스비가 12:1 이라면 바이패스의 공기량이 연소실에 들어가는 공기량의 12배에 달한다는 의미이다. 또한 바이패스비가 높은 엔진일수록 연료 효율이 좋다. 바이패스비를 높이기 위해서는 팬의 크기를 키우는 것이 답인데 팬의 크기를 무작정 키울 수는 없기 때문에 한계가 있다.[15][16] 따라서 팬이 크고 연료효율이 좋은 고바이패스 엔진은 여객기를 비롯한 민항기나 수송기, 폭격기, 대잠초계기 등 항속거리를 중요시하는 군용기에, 팬이 작은 저바이패스 엔진은 전투기 등 고속성능을 중요시하는 군용기에 사용되고 있다.[17]
터보프롭 엔진은 터보팬과 비슷하지만 팬 대신에 프로펠러를 달아 추력의 대부분을 프로펠러를 통해 얻고 연소된 가스는 그저 배기가스로 버려지는 경우가 많아 실질적으로 제트 분사로 얻는 공기는 미미하다. 그래서 가스터빈 엔진에는 해당되나 제트 엔진으로 취급하기에는 어려운 편이지만 제트 엔진을 소개하는 매체마다 의견이 다소 분분한 편이다. 과거부터 프로펠러를 이용했던 왕복엔진에 비하면 구조가 오히려 더 간단하여 중량이 가벼울 뿐 아니라 더 큰 추력을 낼 수 있기 때문에 소형의 경비행기 등을 제외하면 왕복엔진을 거의 대체하여 민항기와 군용기, 소형기와 대형기를 가리지 않고 널리 이용되고 있다.
3.1.1. 팬인가? 프로펠러인가?
실제로 과거에는 터보제트 엔진의 전면 압축기팬 부분이나 터보팬 엔진의 전면 팬을 "제트엔진의 프로펠러"라고 부르기도 했다.[18] 터보제트와 터보팬을 비롯한 압축기 팬과 터빈이 있는 제트엔진들의 경우 앞부분의 팬을 "프로펠러"라고 칭하는 사람들도 있다.
그러나 정확히 말하자면 터보제트엔진의 팬은 프로펠러까지는 아니다. 둘 다 회전체이기에 혼동한 것. 프로펠러와 팬은 같은 바람개비 형태이며 날개깃이 있는 회전체로써의 공통점이 있음은 사실이다. 하지만 구분해야 하는 것은, 애초 프로펠러는 어떤 대상을 가속하는데 쓰는 '추진기' 로써의 역할을 하지만 압축기 팬은 대상을 가속하는 게 아닌지라 '추진기'가 아니다. 바람개비이자 회전체인 점은 프로펠러와 공통요소이지만 팬(터빈) = 프로펠러는 아니다. 엄밀히 말하자면 프로펠러와 터빈은 용도면에서 다르므로 완전히 같은 용어는 아니지만 사촌 또는 친척 관계의 회전체라고도 볼 수 있다.
물론 여기까지는 터보제트 팬의 이야기이고, 터보팬에서의 전면 팬 블레이드는 이야기가 달라진다. 터보팬 엔진의 가장 앞쪽에 위치한 유난히 큰 팬은 정말 프로펠러처럼 추진력을 만들어 낸다. 애초부터 터보팬 엔진의 전면 팬은 추진체로서 프로펠러의 역할을 하기에 깃이 많아진 프로펠러라고도 할 수 있으며 정확히는 제트 코어의 저압 터빈에 의해 구동되는 프로펠러의 특수한 형태다. 특히나 최근 개발되는 신형 터보팬 엔진들의 전면 팬은 무려 엔진 전체 추력의 80%까지도 만들어 낸다.
GE가 생산한 탄소섬유 터보팬 블레이드(왼쪽)와 터보프롭 블레이드(오른쪽). 참조 [19]
B777의 GE90 엔진을 제작한 제너럴 일렉트릭에선 다음과 같이 설명한다.
제트기에 부착된 엔진에도 대형 터빈이 장착되어 있다. 즉 프로펠러 비행기나 제트비행기 모두, 커다란 팬이 공기를 뒤쪽으로 밀어낸다는 점에서는 마찬가지이다. 프로펠러 비행기에 달린 대형 프로펠러가 공기를 휘저어가며 앞으로 나아가는 것과 비슷한 일이 제트엔진에서도 일어나는 것이다. 다만 제트엔진의 경우에는 그 과정이 엔진 내부에서 일어나게 된다.
- 제너럴 일렉트릭, 제트엔진에 대한 설명
제너럴 일렉트릭 엔진부에서는 프로펠러 엔진과 제트엔진을 설명할 때도 프로펠러와 팬의 공통점을 서술했는데, 위에 전술했듯 프로펠러 비행기나 제트비행기 모두, 커다란 팬이 공기를 뒤쪽으로 밀어낸다는 점에서는 공통점이 있다고 설명하고 있다. 물론 이 설명이 프로펠러와 팬이 완벽히 동일하다는 것은 아니며 비슷한 역할과 유사한 형태라는 점을 말하는 것이다. 극단적으로 표현해서 터보 팬 엔진의 경우는 일정 비율의 바이패스 비가 존재하지만, 프로펠러는 바이패스 비율이 무한대 그 자체라고 봐도 무방하다.- 제너럴 일렉트릭, 제트엔진에 대한 설명
간혹 터보팬과 터보제트 엔진으로 움직이는 제트기들을 겉만 보고 프로펠러가 없는 비행기들이라고 하는 경우가 많은데, 반쯤은 맞는 말이지만 엄밀히는 제트엔진에서 프로펠러는 사라지지 않았다. 그 대신에 엔진 안으로 들어가서 압축기와 팬 블레이드가 된 것이다.
터보팬에서의 팬 블레이드는 프로펠러의 "추진 역할"을 그대로 계승하기에 프로펠러의 진화형태가 맞지만, 터보제트에서의 압축기 부분 팬 블레이드를 일반적인 프로펠러로 생각하는 건 오산이다. 터보제트의 압축 팬 블레이드는 프로펠러같이 바람개비 형태이긴 하지만, 엔진 흡입구 안쪽에 존재하므로 블레이드가 접하는 기류의 속도를 음속 아래로 낮추는 등의 설계를 통해 초음속 상황에서도 효율적으로 사용할 수 있다.
제트엔진의 팬 블레이드의 역할은 비행기의 용도별로도 다르게 작용하는데 민항기의 고바이패스 터보팬 엔진은 아음속 순항이 목표이므로 대체로 팬 블레이드가 크게 드러나지만, 전투기나 폭격기에서 쓰이는 터보제트나 저바이패스 터보팬의 경우는 엔진흡입구에서 들어오는 기류의 속도를 공기흡입구의 형상에서 발생하는 충격파 등을 사용해서 팬 블레이드와 압축기가 효율적으로 동작하는 아음속 대로 감속시킨다. 덤으로 이렇게 팬을 통해 바이패스되어 연소에 활용되지 않은 공기는 애프터버너 사용시 산소공급원으로 유용하게 사용된다.
3.2. 팬이 없는 엔진
램제트 엔진은 팬이 없이 속도를 이용해 공기를 흡입해 애프터버너방식으로 연료를 바로 연소하여 앞으로 나가는 엔진이다. 해당 문서 참조.펄스제트 엔진은 리드밸브, 혹은 밸브리스 펄스제트 엔진은 덕트를 통해 공기를 유입, 연소실에 연료를 분사하고 점화시켜 연료를 연소시키는 방식이다. 쉽게 말해 엔진 앞 공기흡입구에 스프링이 달린 셔터가 있으며, 이 셔터는 평소에는 열리거나 닫히는 방향으로만 작동한다. 엔진에서 연소가 이뤄지면 내부 압력이 높아지므로 셔터가 바깥쪽으로 열리려다가 기구적으로 막혀서 닫히게 되며, 연소된 가스는 엔진 앞으로 역류하지 않고 뒤로 빠져나간다. 이내 연소실 내부는 압력이 낮아지므로 다시 셔터가 열려 새로운 공기가 들어온다. 이처럼 펄스제트 엔진은 '펄스'방식으로 작동하며 다른 제트엔진과는 달리 연소가 연속적으로 일어나지 않고 단속적으로 일어난다. 이때문에 터보방식의 엔진들과는 달리 부르르르하는 소리가 난다. 대표적인 펄스제트 엔진 사용 무기였던 V1도 이 때문에 별명이 Buzz(부르르 거리거나 벌이 붕붕거리는 소리) Bomb이었다. 펄스제트는 소음도 크고 압축비가 낮으므로 효율이 낮지만, 구조가 상당히 단순하기때문에 자작해서 노는 사람들이 많다. 그냥 철판을 둥글게 말아 용접해서 연소실과 배기관, 흡기관(혹은 밸브)을 만들고 거기에 연료분사기, 점화플러그만 달면 완성. 주로 무선모형에 이용되지만 양덕후들은 스쿠터, 자전거 등에 달아서 타고 놀기도 한다. 현실에서는 앞서 언급한 V1에 이용된 아르거스 엔진 등이 대표적이다.
3.3. 두 형태의 조합 엔진
- 펄스 데토네이션 엔진
펄스제트 엔진의 발전형으로, 펄스제트 엔진과 비슷하지만 연료가 점화되는 원리가 다르다. 이론적으로는 최고의 효율을 낼 수 있기 때문에 연구가 진행중이다. DARPA에서 2008년, 블랙스위프트에 이용하기 위해 연구했다가 곧 취소되었다. 목표는 최대 마하 6이었다고 한다. 참고로 그 블랙스위프트는 마하 3 이하에서는 터보팬, 이상에서는 스크램제트 엔진을 사용하여 마하 6에 도달한다. 그 외에, 2008년 1월 Mojave Air & Space Port에서 펄스 데토네이션 엔진을 이용한 비행에 성공했다.
- 프롭팬 엔진
자세한 내용은 해당 문서 참고.
4. 한국의 제트엔진
대한민국의 제트엔진 기술 수준은 빠르면 1940년대 늦어도 수 십년 전부터 항공기 엔진을 개발해온 미국과 유럽, 일본 등의 일부 국가들에 비해 한국은 21세기에 들어서야 항공기용 엔진을 본격적으로 개발 할 정도로 상당히 진입이 늦은 편으로 KF-21 보라매만 봐도 AESA 레이더는 국산화에 성공했지만, 엔진은 미국제 F414 엔진을 가져와 면허생산해야 할 정도로 한국의 항공기엔진 개발기술은 상당히 정체된 상태[20]로 시장진입이 어려운 항공/군수용 제트 엔진보다 발전용 가스터빈에 우선적으로 비용과 인력을 집중하고 있는 영향도 있다.사실 한국이 제트 엔진 기술개발에 별 관심이 없었던 건 2020년대 이전까지는 제트 엔진을 자체제작할 이유가 없었기 때문이다. 미국, 유럽처럼 자국이 민항기를 제조해서 지속적인 엔진 수요가 있는 것도 아니며[21] 자국산 전투기도 KF-21 이전에는 2005년 초도비행한 FA-50 정도가 전부였다. 경제적 파급효과를 감안해도, 이미 그 민항용/군용 엔진들 대다수는 한국에서 라이선스 생산되고 있기 때문에[22] 국산 엔진을 개발한다고 갑자기 대단한 고용창출효과가 생긴다고 보기도 어려웠다.
미국, 유럽, 러시아를 제외하면 제트 엔진을 자체생산기술이 있는 국가는 중국, 일본이 꼽히는 데 중국은 소련과 그 후신인 러시아와 겉으로는 협력관계였지만 중소결렬 이후 군사적 자립이 필요했고 이에 따라 자국산 제트엔진 기술을 개발할 필요가 높아졌고 자국군 수요도 충분한 상황이었기 때문에 자체개발을 결정할 수 있었고[23] 일본은 애초에 1940년대부터 기반기술과 독일의 협력으로 초기 제트엔진 기술과 노하우를 보유하고 있었던데다 미국과의 F-2 공동개발과정에서 F110 엔진 핵심 기술을 받아올 수 있었기 때문에 비교적 수월하게 자체개발할 수 있었다. 즉, 저마다 필요한 이유가 확고했거나 기반이 있었거나, 기술을 공여받은 것으로 한국은 어느 쪽에도 해당되지 않았기 때문에 제트 엔진 개발에 투자하지 않은 것이다.
그러나 2020년대 들어서 상황이 많이 달라졌다. AI 기술의 발전으로 인해서 6세대 전투기의 핵심으로 유무인기 복합체계가 거론되면서 UAV 개발이 차세대 공군 핵심과제로 떠올랐고 2022년 러시아의 우크라이나 침공과 이스라엘-하마스 전쟁으로 인해서 군용 무인기체계 개발의 중요도가 높아졌다. 그런데 무인기 엔진은 미사일용으로 전용될 수 있기 때문에 기술 이전이나 수출이 각종 국제 규제로 금지되어있다.[24] 기존 전투기 엔진보다 수입하기 훨씬 까다롭고 라이선스 생산도 어렵다는 말이다.[25]
즉, 라이선스 받기도 어렵고 수입도 어려운데 수요는 급격하게 늘어난 상황이라서 자체개발을 할 경제적 이유가 충분하게 되었고 한국도 2024년 공식적으로 제트 엔진 자체 개발에 나서게 된 것이다. 로드맵은 기존 2025년 완료 예정인 5500lbf급 무인기 엔진 사업에 더해 2030년대 중후반까지 10000lbf급 무인기용 엔진과 15000lbf급 유무인기용 엔진을 개발하는 것이다. 15000lbf는 KF-21에 쓰이는 F414와 비슷한 추력으로 주력 전투기급 엔진의 추력에 해당된다.
2024년 현재 제트 엔진 개발에 적극적인 회사는 두 곳으로 한화에어로스페이스와 두산에너빌리티(구 두산중공업)이다.
두 회사는 각각 다른 경로로 기술을 축적했는데 우선 한화에어로스페이스는 1979년 민항기 엔진 창정비 사업을 시작으로 1980년대부터 제너럴 일렉트릭(GE) 사와 제휴를 맺고 KF-5E/F 제공호의 엔진의 면허 생산을 하며, 이후 F-15K, KF-16, T-50, 수리온, KT-1의 엔진을 면허 생산하고 있으며 GE 외에도 전 세계 군수용, 민수용 항공기 엔진을 과점하고 있는 미국의 P&W, 영국의 롤스로이스와 항공기 엔진의 개발부터 생산, 사후 서비스에 이르는 국제공동개발프로그램(RSP) 계약을 맺어 여러 면허 생산을 통해 꾸준히 기술을 축적하고 있는 상황이라서 미사일에 들어가는 소형 제트엔진은 이미 개발이 완료되었을 정도로 제트 엔진과 관련된 기술이 제법 축적된 회사로 볼 수 있다. 항공 엔진 자체만 따지면 이미 1만대를 넘게 생산해본 경험도 있다.#
두산에너빌리티의 경우 발전용 가스터빈 엔진에 대한 개발을 2013년부터 시작하여 2019년에 발전용 가스터빈 엔진 국산화에 성공하여 미국, 독일, 일본, 이탈리아, 러시아 등 극소수의 국가들만 갖추고 있는 가스터빈 엔진 기술을 확보했고 국산 DGT6-300H S1 가스터빈 엔진은 2023년에 준공된 김포 열병합발전소에 납품되어 상업 운전에 성공하였다.# 이러한 경험을 바탕으로 한국항공우주산업과 협업하여 항공용 제트엔진에 도전한다는 계획이다.#
항공기 엔진의 경우 현재 개발 중이지만 이미 발표된 논문과 관련기업들의 수준을 종합적으로 분석해보았을 때 상용화, 실용화 문제가 남아있긴 하지만 일단 개발만 따지면 2010년대 후반 기준으로 적어도 F-5 전투기나 제트 훈련기, 무인 항공기에 유용하게 사용 가능한 5,000lbs ~ 8,000lbs 출력 수준의 항공기 엔진은 독자 개발하여 제작이 가능한 것으로 보인다. 그래서 2022년 군사 갤러리의 어느 유저가 현재까지 발표된 논문과 관련 기업들의 여러 개발 현황을 근거로 한국형 터보팬 엔진 개발 현황을 분석했는데 무인기용 터보팬 엔진은 약 7,400 파운드 ~ 약 8,000파운드 수준의 엔진이 나올 것으로 주장하고 있다.#1, #2
그 외에도 한화 에어로 스페이스 관계자가 주장으로 "당장이라도 고성능의 전투기 엔진 국산화가 가능하다"고 밝혔다. 다만, 국산 독자 제트엔진을 개발하는 과정에서 개발비와 생산설비 등에 투자한 돈을 회수할 방법이 없고 매출을 보증하고 있는 GE, 롤스로이스 등의 주요 고객사들을 경쟁자로 돌려 버리고 일감도 잃는 상황이 발생하는 등의 여러 여건을 고려하면 사실상 개발과정에서 발생하는 이득보다 손실이 더 큰 상황이라서 일부러 국산화를 안 하고 있다는 주장이다.
물론 반박도 있어서 위의 언급은 어디까지나 국내 제조사의 발언이라는 것을 감안한다면 국산화가 가능하다고는 해도, 현재 항공기 엔진 부품의 국산화 비율은 F414 엔진을 기준으로 40% 정도에 그치는 상황이고 관계자들이 공식적으로 인정한 내용 중에 "설계도만 있으면 뭐든 만들 수 있다."도 있는데 이를 바꿔 말하면 설계능력이 없어서 자체제작이 불가능하거나 가능하더라도 개발이 상당히 지연될 것이고 막대한 비용이 들어갈 것으로 한국에는 그러한 설계능력이 부족하다는 반론도 있다.
이후 2022년 1월 14일, '2022년 항공우주인 신년 인사회'에서 문승욱 산업통상자원부 장관은“관계부처와 제트기급(1만 파운드 이상) 첨단엔진 개발을 적극 검토하고 있다”고 밝혔다. 문 장관은 “우주·항공산업이 자본과 기술의 진입장벽이 높지만 진입에 성공할 경우 장기적이고 안정적인 수익과 양질의 일자리를 창출할 수 있는 기술집약산업으로 선진국들은 우주·항공산업을 국가전략산업으로 육성하고 있다”며 "대한민국의 세계적인 경제적 수준에 맞게 우주·항공산업을 국가전략산업으로 육성하기 위해 최선을 다할 것”이라고 강조했다.
2023년 3월, 국방기술진흥연구소에서 제너럴 일렉트릭 F414급의 1만 5000 파운드 추력 터보팬을 2037년 개발 완료 목표라고 발표했다. 이후 2023년 7월 초 기준으로 목표치가 1만 5천 파운드(애프터버너 제외 기준)에서 1만 8천 파운드급으로 상향된 것으로 보인다.#
2024년 3월 기사에서 밝혀진 내용에 의하면 이미 항공기 엔진 발화 시 엔진 내부에서 1500°C 의 초고열을 견디는 기술이 필요한데 이미 1680°C 고온환경을 극복하는 냉각, 코팅 기술을 확보했다는 입장[26]이며 또한 10,000 lbs급의 무인 항공기용 엔진을 개발 중이라고 보도되었다. 게다가 2024년 5월에 올라온 다른 기사에 의하면 무인기에 사용할 5,000lbs ~ 8,000lbs 수준의 항공 엔진은 2025년에 독자 개발을 완료할 예정이라고 보도가 된 점을 보면 미국, 일본, 유럽 등의 타 국가에 비해 개발 시기가 상당히 많이 늦었지만 그래도 제트 엔진의 국산화가 어느 정도 진행 중인 것으로 보인다.
2024년 12월 20일에는 정부에서 2025년부터 집중지원할 기술항목으로 국산 제트엔진과 휴머노이드 기술을 선정했다는 기사가 나왔다. 2025년부터 KAI와 한화 에어로스페이스, 두산 에너빌리티가 합동으로 15,000lbs급 유무인기용 제트엔진을 만들것이며 항공기 체계통합은 KAI, 엔진 제작은 한화, 소재 및 설계 협력을 맡아 본격적인 로드맵을 결정한다.
5. 제트 엔진 제작 업체
- 프랑스
6. 나무위키에 문서로 등재된 제트 엔진
(일반 추력/애프터버너 사용 추력)6.1. GE 에어로스페이스 (GE AeroSpace)
- J85 (16 kN/22 kN) - F-5
- J79 (52.96 kN/79.33 kN) - F-4
- F101 (77.4 kN/136.9 kN) - B-1
- F110 (76.3 kN/127 kN) - F-16, F-14, F-15
- F118 (85 kN) - B-2, U-2S
- YF120 - YF-23
- F404 (48.9 kN/78.7 kN) - F-18, F-20, T-50
- F414 (65.7 kN/97.4 kN) - F/A-18E/F, EA-18G, KF-21
- TF39 - C-5A/B/C
- CF6 (F138) - C-5M, 보잉 747, 보잉 767, 에어버스 300, 에어버스 310, 에어버스 330
- GE90 - 보잉 777
- GE9X - 보잉 777X
- GEnx - 보잉 747-8, 보잉 787
6.2. 프랫 & 휘트니 (Pratt & Whitney)
- TF30 (64.8 kN/111.7 kN) - F-111, F-14
- F100 (64.9 kN/105.7 kN) - F-15, F-16
- F119 (102 kN~116 kN/156 kN) - F-22
- F135 (125 kN/191 kN) - F-35, B-21
- J52
- J57
- J58
- J75
- JT3D
- JT8D
- JT9D
- PW1000G
- PW2000
- PW4000
6.3. 롤스로이스 plc (Rolls-Royce)
6.4. CFM 인터내셔널
6.5. 기타
- 유로제트 EJ200 (EuroJet Turbo GmbH) (60 kN/ 90 kN) - 유로파이터 타이푼
- GP7200 - 엔진 얼라이언스 (Engine Alliance)
- 뚤보메카 마보레
- XF9-1 - 일본의 F-3 차기 전투기에 장착할 예정인 일본산 엔진. 애프터버너 작동시 15톤 이상(35,000lbs), 밀리터리 추력은 11톤 이상(26,000lbs)
- V2500 - 인터네셔널 에어로 엔진 (International Aero Engine)
- 록히드 J37
- 페어차일드 J83
7. 제작사별 엔진 특성
미국의 경우, 일반적으로 비슷한 스펙을 가진 F100과 F110 엔진이지만 F110을 더 고급으로 쳐 주는 경향이 있다. 즉 프랫&휘트니가 고성능/고출력에 치중해서 내구성이나 정비성이 약간 떨어진다고 하면, 제너럴 일렉트릭은 보다 내구성이나 신뢰성을 높이는 경향이 있다. 엔진은 창정비를 통해 소모성 부품은 교체하고 내구재는 파손여부 확인하여 없으면 재사용하며 창정비가 끝나면 수명을 '0'으로 리셋 후에 다시 사용한다.#소련제는 거의 소모품 취급. 전투기용 엔진 중에는 십여 시간 비행 후 교환해야 하는 놈들도 있을 정도. 때문에 가격이 싸고 교체도 한두 시간 만에 가능하게 만들어졌다. 이와 같은 방식은, 나라가 멀쩡해서 부품공급이 원활히 이루어진다면 부품의 신뢰성을 높이고[29] 수요가 있든 없든 무조건 공장을 돌려야되는 공산주의체제에도 안성맞춤(?)이지만 공장생산에 차질을 빚는다면 1990년대 러시아군처럼 엔진이 모두 시망크리를 맞을 수 있다.[30] 따라서 소련 붕괴 후 후속지원이 잘 안 되자 전투기들이 대부분 줄줄이 떨어지기 시작. 지금은 서방제처럼 수명을 늘리려는 시도를 하자 상당히 비싸졌다. 여담으로, 제3세계에서의 러시아제 무기가 평가절하되는 이유 중 하나는, 소모성인 부품들을 주기적으로 갈지 않기 때문이다. 싼맛에 쓰는 러시아제 무기에 유지비를 서방무기 못지않게 쓸 수는 없지 않은가. 사실 제3세계 국가들의 경우에는 나라자체가 가난해서 전투기의 훈련 등 운용시간 자체가 적기 때문에 러시아제 엔진의 수명이 짧아도 큰 문제가 생기지는 않았다.
내구성의 본좌는 롤스로이스였다. 이쪽의 스페이 엔진은 그야말로 전설적인 수준이어서 창정비 없이 1만 시간 사용이 가능해진 최초의 엔진이기도 하다. F-4 팬텀 II에 이식되어 최고 속도는 떨어졌지만 전반적인 성능은 업그레이드. 글로스터 미티어 같은 박물관급 제트기가 아직도 원판 엔진으로 비행이 가능할 정도이다. 그러다가 파산한 이후로는...더 이상의 자세한 설명은 생략한다. [31]
2010년 기준 세계 최대의 제트 엔진 제작사는 GE, 2위는 롤스로이스, 3위는 프랫&휘트니이다.
8. 관련 문서
9. 외부 링크
[1] 에티오피아 항공의 보잉 787-8, 엔진은 GEnx이다.[2] 영국 공군의 유로파이터 타이푼, 엔진은 EJ200이다.[3] 육상용 차량 엔진으로도 못 쓸 것은 없지만, 차량의 크기에 비해 부피를 많이 차지해야 한다는 점은 물론이고, 노면 위를 달려야 하는 자동차의 특성 상 노면의 마찰 등의 문제로 인해 효율적이지 못해서 상용화된 사례는 없다. 왜냐하면 제트 엔진의 최초의 발상이 뉴턴의 작용 반작용의 법칙이었는데, 공기 중에서는 반작용에 의한 추력을 내는 데에 적합한 데에 비해 노면 위에서는 마찰로 인해 대부분의 에너지가 손실되기 때문.[4] 다만 과거 크라이슬러에서 컨셉트카로 가스터빈 엔진을 탑재한 적이 있으며, M1 에이브람스 전차의 엔진으로 가스터빈 엔진을 사용한다.[5] 항공유는 순도높은 등유로 만들어진다.[6] Frank Whittle(1907.06.01 ~ 1996.08.09). 최종계급은 공군 준장(Air Commodore). 영국 제트엔진 개발에 빼놓을 수 없는 인물 중 한명으로 제트엔진 회사인 파워 제트를 설립하여 관련 기술 개발에 기여했으나 1944년에 해당 회사는 국유화되었고 애틀리 정권 시절인 1948년에는 이름조차 사라진다. 그래도 기사작위도 받는 등 그 공로 자체는 생전에 인정받은 편이다. 사후이기는 하지만 BBC 선정 위대한 영국인 100명 중 한명으로 선정되기도 했고.[7] 참고로 이 양반 본업은 금속공학쪽이다.[8] 일단 Royal Aircraft Establishment (RAE)이나 Power Jets 등 에서 관련 기술에 대한 연구는 꾸준히 이루어지고 있었고 성과도 내고 있었다. 다만 항공기에 직접 적용하는데는 시간이 더 필요했다.[9] 현대에 생존한 프롭기들마저도 기존의 레시프로 방식 프롭기들은 대부분 은퇴했으며, 제트엔진과 프롭엔진을 융합한 형태의 터보프롭이 그 자리를 차지했다. 현대에는 소형 훈련기, 개인용 경비행기 등에만 살아남아있다.[10] 여기서 효율을 높이고자 폐열 회수까지 한다면 엔진에서 나오는 가스의 속도는 분사라 하기 민망할 정도가 된다.[11] J.D.Bridges[12] 실제로 돌아가는 블레이드 앞에 설치되어있는 고정형 날개의 일종. 이것에 몸이 걸린 덕분에 정비사의 몸까지 블레이드에 갈려나가는 참사는 막을 수 있었다. 전투기 등의 저바이패스 터보팬 엔진은 이런 게 앞에 있지만, 민항기의 고바이패스 엔진은 그런 게 앞에 없는 경우가 많아서 더 위험하고, 실제로 그런 사고도 종종 일어났다. 민항기의 터보팬 중심부의 콘에는 작대기 혹은 소용돌이 무늬가 그려져있는 경우가 많은데, 지상직 직원들로 하여금 엔진이 돌아가고있을 땐 위험하니 접근하지 않도록 일부러 보고 피하라고 그린 것이다.[13] 쇄골 골절, 고막 손상, 피부 열상.[14] 탑기어의 실험에는 당시 버진 애틀랜틱 항공 소속이었던 G-VAST(현재 스크랩)이 참여했고, Mythbuster의 실험에는 칼리타 에어 소속 항공기가 참여했다.[15] 팬 블레이드가 길면 길어질수록 같은 각속도(=팬의 RPM)라도 팬 블레이드 끝단의 선속도는 빨라진다. 그래서 GE90이나 Trent 700같이 팬 블레이드가 무지 긴 엔진들은 팬 블레이드 끝단이 음속을 넘을랑 말랑한 수준까지 가기 때문에 충격파나 저항을 줄이고자 블레이드 모서리가 직선이 아니라 복잡한 곡선으로 설계되어 있다. 프랫 앤 휘트니의 Geared Turbofan은 아예 저압터빈축과 팬 사이에 감속기를 달아 팬 회전속도를 낮춰버리기도 했다.[16] 이 팬의 크기를 늘려볼 수 있을 만큼 늘려보자 해서 만든 것이 B777에 장착되는 GE90 터보팬이다. 근데 이것도 모자라서 B777X용 후계 엔진인 GE9X는 팬이 더 커졌다.[17] 또한 전투기는 이렇게 바이패스 시킨 공기로 애프터버너 에 추가로 산소를 공급하는 구조 또한 자주 사용한다.[18] 이 참고 그림은 티타늄 문서에서 볼 수 있다.[19] 설명하는 사람은 뮌헨 GE글로벌리서치의 카를로스 하르텔 박사.[20] 2024년에 올라온 기사에 의하면 대한민국의 제트엔진 기술은 사실 미국, 영국에 비해 30년 이상 뒤쳐져 있고, 일본과 비교해도 15년 이상 뒤쳐져 있다고 분석하고 있다.[21] '한국 항공사들이 에어버스나 보잉 기체에 국산 엔진 쓰면 되는 거 아닌가?' 싶을 수 있지만 민항용 제트엔진은 군용 제트엔진보다 오히려 개발 및 감항인증을 받기가 훨씬 어렵고 뭣보다 에어버스나 보잉이 자국산 엔진 대신 한국산 엔진을 달아줄 이유가 없다. 군용 제트엔진은 이미 개발해놓은 중국, 일본도 자국 항공사 민항기 엔진은 다 미국산 아니면 유럽산을 달고 있는 이유.[22] 대표적인 업체가 한화에어로스페이스[23] 다만 제반 기술력은 부족한데 기술 공여 없이 러시아 엔진을 리버스 엔지니어링하는 식으로 맨땅에 헤딩하는 식으로 개발해서 개발비가 어마어마하게 많이 들었다. 자료마다 다르지만 160조가 넘게 들었다는 기사도 있을 정도.#[24] 미사일기술통제체제(MTRC), 국제무기거래규정(ITAR), 수출관리규정(EAR)[25] 한국이 미사일용 제트 엔진은 이미 자체 개발했던 이유가 바로 이것이다. 다만 사실상 한 번 쓰고 버리는 기존 미사일 엔진과는 달리 무인기용 엔진은 다회의 운행도 버텨야하며 최소한의 운용기간이 보장되어야 하므로 개발하기 훨씬 까다롭다.[26] 실제로 이미 2021년에 군사 갤러리에 올라온 글에 의하면 두산중공업에서 개발한 발전용 가스터빈(DGT6-300H S1)은 2023년에 김포 열병합 발전소에 납품된 가스터빈 엔진으로 TIT 1,500C 급에 해당하는데 전투기 엔진에 들어가는 F404 터보팬 엔진의 TIT는 1,400C 이고, KF-21 보라매나 F/A-18E/F 슈퍼 호넷에 들어가는 F414는 1,500C이다.[27] 1950년대에 제트엔진 사업을 완전히 정리하고 이후 전기와 원자력 사업을 주력으로 했다.[28] (Armstrong Siddeley) : 영국의 자동차와 항공기 엔진 제조사. 메트로폴리탄 빅커즈의 엔진을 가져다가 명작 엔진을 만들어내는 등 1950년대까지만 하더라도 롤스로이스 plc의 경쟁자였으나, 합병을 여러 차례 거쳐 1966년에 롤스로이스 plc에 먹혔다. 글로스터 자벨린의 제트엔진이 이 회사에서 만든 사파이어 엔진이다.[29] 계속 신품을 쓰기 때문에 오히려 서방엔진보다 신뢰성이 높을 수도 있다.[30] 그러나 소련산 제트엔진이라고 다 수명이나 내구성이 짧았던 건 아니다. 주력 전투기나 몇몇 항공기들 엔진들은 서방제 못지않게 수명이나 내구성이 길었다. 단지 Mig-29 전투기에 RD-33 초기형 엔진 같은 것처럼 차라리 저렴하게 단가를 맞추며 상대적으로 소재를 간편하게 설계하고 만들어서 대량생산도 하고 생산라인도 유지하며 엔진을 교환하는 식의 소모품식 사례들이 더 부각되어 알려지지 않았을 뿐.[31] 그래도 RB211이나 추후에 나온 트렌트 엔진중 초창기 모델인 트렌트 700 같은 경우 오버홀 없이 최장시간 운용 기록도 세울 정도로 좋은 신뢰성을 보여주었다. 최근 나오는 트렌트들이 문제지...