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작성일 : 19-11-10 13:25

[기타] 제너럴 일렉트릭(GE)의 제트엔진 개발 역사

글쓴이 : 떡국

현존하는 제트엔진 제작회사 중에서 세계최고는 GE죠.

이 회사의 초창기 제트엔진 개발사를 간단히 요약해 보았는데요.

미국 정부로부터 제트엔진 개발의뢰를 받아들인 후,

1941년도에 영국으로부터 최초의 제트엔진 샘플을 받고, 기술지도도 받아서 최초의 제트엔진 개발에 성공합니다. 개발기간은 6개월이었다고 하네요.

1942년 : I-A 엔진(최초), 추력 5.56kN

1942년 : J33 엔진, 추력 20kN, 이후 슈팅스타에 탑재

1947년 : J35 엔진, 추력 16.99kN

1947년 : J47 엔진(최초 애프터버너 탑재), 추력 22kN

1955년 : J79 엔진, 애프터버너 추력 63.83kN, 스타파이터/팬텀2 탑재

196X년: J93 엔진, 애프터버너 추력 110kN, 최초로 마하3 도달, 발키리 탑재

197X년 : F101 엔진(터보팬), 드라이 77.4kN / 애프터버너 136.9kN

198X년 : F110 엔진, 드라이 73.9kN / 애프터버너 131kN

대충 이렇게 계보를 놓을 수가 있을 것 같네요.

최초 개발 시작 이후, J79엔진까지 가는데 걸린 시간은 겨우 13년....

J79에서 F110까지 가는데 걸린 시간은 25년....

즉 GE가 초창기 제트엔진 발전 단계에서 엄청난 속도로 퍼포먼스를 향상시켰다는 것을 알 수 있습니다. 손댄지 겨우 십수년 만에 본격적으로 고도화된 수준의 초음속 엔진까지 성공했으니 그 연구개발에 쏟아부은 노력이 어느정도였을까 상상하기가 어렵네요.

* 우리나라의 경우

우리나라에서 당장 전투기급의 터보팬 엔진을 개발할 일은 없는 것 같습니다만, 만일 개발에 손을 댄다면 실용적인 수준의 엔진까지 도달하는데 많은 시간을 들일 필요까지는 없다는 생각은 듭니다.

저는 개인적으로 이런 종류의 터빈엔진 자체 보다는, 개발하기 위한 개발도구의 개발이 더 긴요하다고 생각하는데요. 관련 논문들을 보면, 유한체적법을 적용한 유체역학과 열역학을 적용해서 엔진 전체를 시뮬레이션한 사례는 없더라구요. (물론 GE사 내부적으로는 이미 자체개발해 가지고 있을수도 있으나 외부로 전혀 공개된 바 없음)

우리나라의 현재 전산유체해석 수준을 보면, 로켓을 위한 고난도 연소 해석 세뮬레이션이나 램제트 해석 같은 것을 문제없이 해 내는 것을 알 수 있습니다.

다만 터보팬의 경우에는, 상용 성능해석 코드를 사서 대략적인 성능과 효율을 수치로 뽑아내는 초보적인 해석을 한 경우만 보입니다.

하지만 터보팬의 경우 지오메트리가 더 복잡하고, 경계조건이 더 복잡할 뿐, 해석을 위한 이론적 자원은 모두 다 갖춰져 있어요.

따라서 실제 엔진 개발에 들어가기 전에, 본격적으로 홀바디(Whole-body) 엔진 해석을 실시할 수 있는 자원을 구비하고 시뮬레이션 쪽으로 집중해서 선행연구 개념으로 접근하는 것도 좋겠다 싶더군요. 여기서 필요한 자원은 2가지 입니다.

1. 전용 슈퍼컴퓨터

2. 소프트웨어 개발자 (기계공학을 아는 프로그래머)

이렇게 지원해서 엔진해석 소프트웨어를 개발해 내면, 어떤 종류의 터빈엔진에도 대응 가능한 범용적인 설계도구를 확립할 수 있지 않을까 하는 생각이 들었네요.

이와 유사한 사례를 하나 보자면...

NASA 등이 컨소시엄을 구성해서 슈퍼컴퓨터로 F22 전투기의 노즐에서 뿜어져 나오는 배기가 대기중에 어떤 소음을 발생시키는지를 해석한 경우가 있습니다. 이 해석의 경우, LES 모델이라고 해서 난류영역에서 유체가 어떻게 흘러가는지까지 자세하게 들여다 볼 수 있는 정밀한 난류모델을 적용하고, 초음속 상황에서의 압축유동을 고려했고, 뿜어져나오는 배기가스와 바깥의 대기를 구분해서 물성과 지배방정식을 복수로 적용한 멀티피직스 모델이며, 백만개의 CPU코어를 동원해서 계산을 한 결과네요.

https://youtu.be/uxT-VmY3OWc

출처 : 해외 네티즌 반응 - 가생이닷컴https://www.gasengi.com

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		배신자 19-11-10 13:50 저걸 저렇게 만들면 사주는 곳이 있어야 하는데 GE는 사주는 곳이 있어서 계속 개발이 가능했고 만약 울나라 업체가 엔진을 개발한다고 해도 사주는 곳이 없어서 망하겠죠. 울나라 내부적으로만 쓴다면 너무 적은 수량이라 수지타산이 안맞고 단순히 이익만 남겨선 될게 아니라 다음 엔진을 개발할 개발비까지 뽑을 정도로 이익을 남겨야 하는데 결국 시장성 때문에 개발을 못하고 있죠. 저걸 저렇게 만들면 사주는 곳이 있어야 하는데 GE는 사주는 곳이 있어서 계속 개발이 가능했고 만약 울나라 업체가 엔진을 개발한다고 해도 사주는 곳이 없어서 망하겠죠. 울나라 내부적으로만 쓴다면 너무 적은 수량이라 수지타산이 안맞고 단순히 이익만 남겨선 될게 아니라 다음 엔진을 개발할 개발비까지 뽑을 정도로 이익을 남겨야 하는데 결국 시장성 때문에 개발을 못하고 있죠.



		떡국 19-11-10 14:03 네 그래서 엔진 자체 개발 이전에 설계도구 같은 것을 먼저 시작하는게 좋지 않겠냐 하는 취지로 뒤에 써 놓은 거에요. GE J79엔진 같은 경우에는 생산량이 35000개 정도였다네요... 터보팬 해석 소프트웨어라면 아마 그 소프트웨어 자체로도 수요가 있을 것이거든요. 네 그래서 엔진 자체 개발 이전에 설계도구 같은 것을 먼저 시작하는게 좋지 않겠냐 하는 취지로 뒤에 써 놓은 거에요. GE J79엔진 같은 경우에는 생산량이 35000개 정도였다네요... 터보팬 해석 소프트웨어라면 아마 그 소프트웨어 자체로도 수요가 있을 것이거든요.



		김정은 19-11-10 14:07 . . 무인기 수요는 국내 내수만으로도 충분할정도로 많아질테니 무인기용 터보팬 만들면서 관련 기술 성숙시켜나가다가 한번의 기회가 찾아왔을때 . 도약을 해야겠죠. 국내 내수만으로 부족하다고 하지만 kfx다음세대는 거의 확정적으로 . 수입이 아닌 내수개발일겁니다. 세대를 거듭할수록 가격이 폭등해서요. . 가격감당이 안되는 국산개발로 가야죠. . . 무인기 수요는 국내 내수만으로도 충분할정도로 많아질테니 무인기용 터보팬 만들면서 관련 기술 성숙시켜나가다가 한번의 기회가 찾아왔을때 . 도약을 해야겠죠. 국내 내수만으로 부족하다고 하지만 kfx다음세대는 거의 확정적으로 . 수입이 아닌 내수개발일겁니다. 세대를 거듭할수록 가격이 폭등해서요. . 가격감당이 안되는 국산개발로 가야죠.



		어부사시사 19-11-10 14:50 미국이는 진짜 영국이한테 아침 저녁으로 절해야 합니다. 미국 항공산업이 오늘날에 이르게 한데는 영국이라는 선생님 덕분임. 엔진 뿐만 아니라 레이다 항전시스템까지 죄다 영국에서 넘겨준 기술들이죠. 참고로 오늘날의 보잉이라는 거대 항공기 메이커를 있게 해준 베스트셀러 보잉707 여객기의 항전시스템도 영국제 들어가있었음. (예를 들면 관성항법장치(INS)가 뙇허니 영국 Litton사 제품... 제가 실물 본 기억이 맞다면; 접시 두개 맞엎어 놓은 듯 비행접시처럼 생긴 고속회전체(자이로)가 들어있더군요) 미국이는 진짜 영국이한테 아침 저녁으로 절해야 합니다. 미국 항공산업이 오늘날에 이르게 한데는 영국이라는 선생님 덕분임. 엔진 뿐만 아니라 레이다 항전시스템까지 죄다 영국에서 넘겨준 기술들이죠. 참고로 오늘날의 보잉이라는 거대 항공기 메이커를 있게 해준 베스트셀러 보잉707 여객기의 항전시스템도 영국제 들어가있었음. (예를 들면 관성항법장치(INS)가 뙇허니 영국 Litton사 제품... 제가 실물 본 기억이 맞다면; 접시 두개 맞엎어 놓은 듯 비행접시처럼 생긴 고속회전체(자이로)가 들어있더군요)



		영어탈피 19-11-10 15:03 그거 안줬으면 2차대전에서 미국 재무장 전에 밀려서 영국이란 나라 자체가 없었을겁니다. 그거 안줬으면 2차대전에서 미국 재무장 전에 밀려서 영국이란 나라 자체가 없었을겁니다.



		어부사시사 19-11-10 15:05 그니까 2차대전 중에 시작된 영국으로부터의 항공기 관련 첨단기술 이전이 전후에도 쭈욱 이어졌다는 얘기 하는 것임다. 그니까 2차대전 중에 시작된 영국으로부터의 항공기 관련 첨단기술 이전이 전후에도 쭈욱 이어졌다는 얘기 하는 것임다.



		어부사시사 19-11-10 15:38 아, 검색해보니까 위에 Litton사가 영국회사가 아니고 미국회사로 나오는군요; 지금은 Northrop Grumman 에서 인수. 너무 오래전 얘기라 기억에 오류가 생겼...?! ㅡ,.ㅡ;; (영국회사라고 들은 거 같은데...?? 영국제 부품 갖다 쓴 건가??) 아, 검색해보니까 위에 Litton사가 영국회사가 아니고 미국회사로 나오는군요; 지금은 Northrop Grumman 에서 인수. 너무 오래전 얘기라 기억에 오류가 생겼...?! ㅡ,.ㅡ;; (영국회사라고 들은 거 같은데...?? 영국제 부품 갖다 쓴 건가??)



		sonicyouth 19-11-10 16:01 현대 항공엔진기술에 독일을 빼놓으면 섭하죠. 어디에든 독일기술이 안들어간데가 없는데... 프랑스 제트엔진은 아예 BMW제트엔진 카피로 시작해서 발전 시킨데다가 미라지3 스네크마는 영국에 있던 독일기술자한테 이전 받은 엔진인데요. 영국도 비슷하고요 현대 항공엔진기술에 독일을 빼놓으면 섭하죠. 어디에든 독일기술이 안들어간데가 없는데... 프랑스 제트엔진은 아예 BMW제트엔진 카피로 시작해서 발전 시킨데다가 미라지3 스네크마는 영국에 있던 독일기술자한테 이전 받은 엔진인데요. 영국도 비슷하고요



		어부사시사 19-11-10 16:48 아래 링크의 현시창님 댓글을 보시면 '독궈날러지 거품'이 좀 빠지실 듯 하네요... http://www.gasengi.com/main/board.php?bo_table=military&wr_id=433205&sca=&sfl=wr_content&stx=%EC%B6%95%EB%A5%98%EC%8B%9D&sop=and 독일식 제트엔진(축류식)은 당시 소재제작기술로는 어차피 실용성 없는 내구성 똥망의 쓰레기급 제트엔진이었을 뿐입니다. 당시 영국도 독일식 제트엔진(축류식)도 당연히 알고 있었지만 축류식을 버리고 원심식을 채택한 건 다 이유가 있었음다. 당시의 BMW, (융커스) 유모엔진은 내구성 똥망의 그냥 쓰레기급이었음. (결과적으로 엔진 트러블로 인한 엄청난 비전투 손실) 뒤집어 얘기하면 독일이 당시 소재기술로 실질적인 운용이 가능한 원심식 제트엔진 제작기술이 있었다면 당연히 원심식을 채택했겠죠... 독일의 엔진 제작기술이 영국에 한 걸음 뒤쳐져 있었기 때문에 급조된 쓰레기급 축류식 유모엔진 달고 뱅기 만들어 날린 것이죠. 실제로 실물 제트엔진 제작도 영국의 프랭크 휘틀이 독일의 한스 폰 오하인보다 4년 더 빠릅니다. 아래 링크의 현시창님 댓글을 보시면 '독궈날러지 거품'이 좀 빠지실 듯 하네요... http://www.gasengi.com/main/board.php?bo_table=military&wr_id=433205&sca=&sfl=wr_content&stx=%EC%B6%95%EB%A5%98%EC%8B%9D&sop=and 독일식 제트엔진(축류식)은 당시 소재제작기술로는 어차피 실용성 없는 내구성 똥망의 쓰레기급 제트엔진이었을 뿐입니다. 당시 영국도 독일식 제트엔진(축류식)도 당연히 알고 있었지만 축류식을 버리고 원심식을 채택한 건 다 이유가 있었음다. 당시의 BMW, (융커스) 유모엔진은 내구성 똥망의 그냥 쓰레기급이었음. (결과적으로 엔진 트러블로 인한 엄청난 비전투 손실) 뒤집어 얘기하면 독일이 당시 소재기술로 실질적인 운용이 가능한 원심식 제트엔진 제작기술이 있었다면 당연히 원심식을 채택했겠죠... 독일의 엔진 제작기술이 영국에 한 걸음 뒤쳐져 있었기 때문에 급조된 쓰레기급 축류식 유모엔진 달고 뱅기 만들어 날린 것이죠. 실제로 실물 제트엔진 제작도 영국의 프랭크 휘틀이 독일의 한스 폰 오하인보다 4년 더 빠릅니다.

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