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작성일 : 17-12-11 16:12
[질문] 전기애너지로 제트엔진 수준의 추력을 낼 수 있을까요?
 글쓴이 : 타로
조회 : 2,719  

전기애너지는 당장 떠오르는 추력 방법이 프로펠러 밖에 없는데...
제트엔진처럼 고분사 추력 방식을 얻을 수 있는 장치라던가
현재 진행중인 연구 등이 혹시 있을까요?

밀리터리 주제보다 약간 광범위한 점은 죄송하게 생각합니다만,
핵추진 제트기 이야기가 나왔길래 궁금하여 여쭤봅니다.

핵추진 = 제트엔진으로 전용할 수 있는 것인지도 궁금하군요...
제트엔진은 구조적으로 연료가 있어야 기능하는 것이라고 생각했기 때문에.
출처 : 해외 네티즌 반응 - 가생이닷컴https://www.gasengi.com


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푹찍 17-12-11 16:23
   
이온 엔진이 그것이지요
제트엔진이 추진제에 불붙히고 공기랑 압축시켜서 뒤로 발사하듯이
자기장에 민감한 추진제 이온을 전기에너지로 강력한 자기장을 만들어 레일건을 쏘듯이 뒤로 발사하는 것입니다.
그 전기 에너지가 막대하다면 제트엔진 대용으로 쓸 수 있겠죠.
2차전지가 연료통이 되고 캐패시터가 제트엔진의 터빈 블레이드 역활을 담당하게 될 것입니다.
발전기 보다도 전기를 한방에 모아서 쏘아내는 캐패시터의 역활이 두드러 지겠죠.
아마도 여러개를 병렬로 주욱 감아놓고 순차적으로 빠바방 하면서 펄스 형태로 기관총 쏘듯 쏘아낼 듯 합니다.
우주선에서 쓴다면 캐패시터의 역활은 줄어들고 소량의 추진제를 고속으로 끊임없이 쏘아내는 형태가 유리하겠죠. ㅋ
하나둘넷 17-12-11 16:33
   
폭격기에 사용할 목적의 핵동력 기반 열역학 제트추진엔진은 로켓엔진이 아닙니다.
핵발전에서 발생된 막대한 열을 이용 전방에서 끌어들인 공기를 가열 압축후 뒤로 분사하는
방식입니다.

시스템 전체 용적 문제로 전투기 탑재는 불가능하고, 1960년대 기술로는 폭격기 엔진으로
상정하고 개발하다가 중단되었습니다.

그리고 이온엔진은 대기권내 사용할 엔진이 아닙니다. 우주권에서 화학엔진과 달리 저추력에도
불구하고 적은 연료탑재량에 꾸준한 추력전개(장시간에 걸친 추력 전개)가 가능하다는 데 장점이
있습니다.

화학엔진은 추력이 강한반면 연소(추력전개)시간이 매우 짧은 편이어서 우주선 가속에
한계가 있는 반면...
이온엔진은 추력이 약하지만 연소시간이 매우 길어서 공기저항등이 없는 우주에서 장기간
가속이 가능해져서 최종 도달 목표 속도에 있어서 화학엔진보다 훨씬 빠른 고속을 낼 수
있고 전체 시스템 규모가 컴팩트 해질 수 있다는 점이 있습니다.

현재 무인우주탐사선들 중 여러 기체들이 이온엔진을 탑재하고 있지만 이는 우주항해가
몇개월에서 몇년 이상 걸리는 장기간 꾸준히 엔진 추진이 필요한 탐사선에나 적용되는 거고

지구중력을 벗어나서 우주로 나가기에는 이온엔진은 추력이 약해서 불가능하기에
현재도 화학엔진(고체연료나 액체연료)를 이용한 로켓으로 대기권밖까지 올려주어야
쓸 수 있습니다.
     
타로 17-12-11 18:33
   
막대한 열을 이용 전방에서 끌어들인 공기를 가열 압축후 뒤로 분사한다고 말씀하셨는데, 이러한 엔진이 실제로 효용성이 있을만큼 발전한다면 제트엔진 수준의 추력을 발휘할 수 있을까요? 말씀 감사합니다.
          
내일을날아 17-12-11 21:04
   
지금 현재로선 도저히 불가능합니다.
공기는 밀도가 작고 팽창시킨다 해도 한계가 있습니다.
그런 공기로 제트엔진에 버금가는 추진력을 낼려면 많은 공기를 흡입해야 하는데 공기란건 흡입시 저항으로도 작용합니다.
프롭기가 아무리 출력이 좋아도 음속을 돌파 할 수 없는 이유이기도 합니다.
초음속에 가까워질수록 저항이 추진력보다 커지기 때문이죠.

물론 어느정도까지는 공기의 양을 늘려 효율을 늘릴수는 있습니다.
초기 제트엔진방식인 터보제트엔진과 달리 지금의 터보팬엔진이 그런 방식입니다.

질량과 속도의 제곱이 힘이라는 기본적인 공식을 이용해
추진제인 연료와 반응시키는 공기외에 팬블래이드로 뒤로 밀어내는 공기를 섞어 분사되는 방식이 터보팬엔진입니다.

분사되는 가스의 속도는 줄지만 많은 공기를 흡입해서 질량을 늘리는 방법으로 좋은 연비를 얻을 수 있는거죠.

하지만 이것도 속도가 빨라지면 공기를 빨아들여야 하는 팬블래이드가 오히려 저항으로 작용합니다.
그래서 극초음속 투사체에 초음속비행으로 인해 공기가 자연스럽게 압축되는 현상을 이용한 팬블래이드가 없는 램제트엔진이 사용되고 그 램제트엔진조차 속도의 한계가 보이자 스크램제트가 나오는거죠.

아무튼 지금으로선 핵폭발정도의 격렬한 반응이 아니고선 그닥 효율적인 추진력을 얻지 못합니다.
그렇다고 핵폭탄을 터뜨리면서 날아갈수는 없는거죠.
푹찍 17-12-11 16:40
   
이온엔진의 이 방식이 유리한 점이 있다면
추진제 속도의 한계가 이론상 아광속에 가깝다는 것이겠죠.
이것이 무엇을 뜻하냐면
분사속도가 한정되어 있는 기존 화학 추진 로켓들의 경우 갈 수 있는 거리가 로켓의 질량에 비례하지만
이온 엔진은 로켓의 추력을 전기 에너지로 충당하기 때문에
연료의 양 대신 연료의 분사 속도로 추진 에너지를 증가 시킬 수 있고
그 분사속도의 최대치는 아광속이기 때문에
결과적으로 우주선의 활동 범위가 매우 넓어진다는 것을 의미합니다.

대기권내의 활동까지 이온엔진의 영역을 넓힐려면
압축기 역활을 하는 캐패시터의 기술이 발전해야 하고
전원 역활을 하는 2차전지의 기술 혹은 그것을 대체할 고효율의 발전기가 전제되어야 합니다.
물론 그 발전기는 비교적? 안전한 핵융합로가 되겠죠 ㅋ
뭐 원자로도 가능하겠지만 그렇게 되면 적이건 아군이건 떨어지지 않기를 무사기원해야만 하는 ㅋㅋㅋ
     
타로 17-12-11 18:35
   
이온엔진이 대기권 내에서 전투기 혹은 그보다 큰 폭격기 수준의 기체를 띄울 수 있을만큼 성능을 발휘할 수 있을까요? 말씀 감사합니다.
          
내일을날아 17-12-11 21:08
   
불가능합니다.
이온엔진은 분사되는 이온은 극히 빠르지만 그 질량 또한 극히 가볍기에 가속도가 너무도 느립니다.
무중력상태에서 아주 천천히 하지만 꾸준히 가속하는 우주선은 실용성이 있지만 중력이 작용하면 중력가속도를 이겨낼 수 없습니다.
그리고 중력이 없다해도 대기권내에선 저항이 가속도보다 커서 결국엔 우주에서밖에 사용 못하는 엔진입니다.
          
푹찍 17-12-12 13:42
   
가능합니다.
전기로 추진력을 만드는데 왜 이온을 쓰는지 부터 생각해 보아야 합니다.
이온 상태는 전자기장에 반응하기 때문입니다.
즉 어떤 물질이건간에 이온상태로 만들어서 쓰기만 하면 되는것입니다.
굳이 연비와 저출력 위주인 우주선용 제논 이온엔진에 매몰될 필요는 없다는 것이지요.

각종 물질로 만들 수 있는 고온 플라즈마도 마찬가지로 이온 상태입니다.
미국에서 만들고 있는 초속 50km에 달한다는 바시미르 플라즈마 엔진도 이온엔진입니다.
사실 전자기력만 충분하다면 전자기력에 반응하는 온갖 금속 쓰레기들을
레일건 쏘듯이 냅다 뒤로 던져서 추진이 가능합니다.
이런 점때문에 핵융합로의 쓰임새가 무궁무진 하다는 것입니다.
핵융합로로 물끓이고 터빈 돌려서 전기 만든 다음 그걸 이온엔진에 연결하는 방법도 있지만
핵융합로 자체가 이온 플라즈마를 전자기력 그릇으로 담아놓는 장치이기 때문에
그 전자기력 그릇을 노즐 형태로 변환하면 융합 반응을 일으키는 고온 고압의 플라즈마 제트를
뒤로 뿜어내는 형태도 가능하다는 것입니다.

좀 더 정확히 이야기하면
핵융합로라는 말 보다는
융합반응을 일으키는 온도의 플라즈마를 전자기장으로 제어할 수 있는
이온엔진이라고 보는 편이 낫겠죠.
핵융합로와의 차이점은 플라즈마를 가두어만 놓느냐 아니냐 일 뿐입니다.
이 정도 수준이 되면 대기권과 우주를 아우르는 전천후 비행기를 완성 할 수 있습니다.
제트엔진 같이 공기에 구애받을 필요가 없어지기 때문입니다.
대기권에서는 융합반응에서 발생하는 미약한 방사능을 차단하기 위해 플라즈마 노즐을 닫고
생산된 전기만으로 이온엔진의 이온을 가속시키며
외기권에서는 플라즈마 노즐을 열고 융합반응을 일으키는 플라즈마 제트를 분사하는 방식이 될겁니다.

대기권 외기권 전천후 방식일 뿐더러 화학추진제의 로켓과 달리
속도의 한계가 전자기 가속으로 아광속에 이르기 때문에
말 그대로 꿈의 추진장치가 되는 것이죠.
그렇기 때문에 핵융합로는 절대로 포기해서는 안 될 물건입니다.
참고로 핵융합로 잘만드는 혹은 최고온 플라즈마의 최장시간 정밀 제어가 가능한 국가가
한국입니다 ㅋ
하나둘넷 17-12-11 16:43
   
항공기용 전기동력 추진기관은 덕티드 팬 타입으로 덕트내 팬을 설치하고 팬의 회전 및 공기압축분출로 추력을
얻는 방식이 주류가 될 겁니다만...

전기동력 추진기관이 도입되는 목적은 친환경 및 저소음 등 성능 외적인 부분이 큽니다.

전투기등에는 연료를 기반으로 하는 제트추진기관의 추력에 한참 못 미치기 때문에 이용 불가능입니다.

현재 전기동력 추진기관을 이용하려는 부문은 중소형 여객기 부문입니다.
승객/화물/배터리 중량등이 걸려서 현재로는 긴 항속거리를 가지는 상용기 개발은 불가능하고
단거리/중소형 여객기 정도에 도입을 시도하기 위해 시제연구가 활발히 진행되는 수준입니다.

그나마 기술적 도입을 더 빠르게 하기 위해 하이브리드 자동차 처럼 제트엔진과 전기추진기관을
함께 가지는 하이브리드 엔진으로 구성된 항공기를 개발하려고 시도중입니다.

제트엔진에서 추력생성과 함께 전기를 발전 축전하고 필요할 때 추진방식을 전기추진기관으로
전환하는 형태입니다.
     
타로 17-12-11 18:37
   
말씀 감사합니다.
즈믄다솜 17-12-11 17:16
   
뭔 말들이 이리들 기실까..!! 못만들어요. 안만드는게 아니라.. 못해요. 아직 범 지구적 넘사벽 기술 입니다.
타호마a 17-12-11 17:16
   
전기로 로켓추진체를 만든다라 ;;;; 큽흡 .. ㅋㅋ

레일건 비슷한 투사체형으로 쏜다는 가정하에 ...감당할 전력이 안나올듯 ....
깡통의전설 17-12-11 21:52
   
제트엔진 원리가 엔진 전단 고온 고압으로 공기 압축 -> 연소실에 연료 분사 -> 단열?팽창 -> 배기 과정인데...
폭발력을 이용하는게 아니라 급격한 기체의 팽창으로 초고압의 배기 가스를 초음속으로 배출하여 추력을 얻는 것인데 핵추진으로 이과정을 하기엔 그 온도조건이 너무 가혹하죠. 2천도나 되는 배기가스를 만들기 위해서 핵추진으로 대체한다면... 헐.. 핵을 제어하기엔 온도가 너무 고온이라 리스크가 너무크고요... 원자력 발전도 비등형으로 가도 500도 안넘습니다.
그리고 제트엔진처럼 연료의 직접분사 없이 순수한 모터 동력만으로는 초음속 돌파 못합니다.
프롭기 열라 돌리면 스톨걸립니다. 실속 일어나서 낙하~
이온엔진이야 윗분들이 충분히 설명 해주셨다시피... 이론상 광속에 가깝게 가속이 가능하나 추력이 낮아 가속력이 워낙 더뎌서 실용성은 없다 보이네요.
모래니 17-12-11 21:59
   
프로펠러를 돌리는 방식에는 회전부위의 마찰과 마찰열때문에...
속도에 한계가 있습니다.