超音速 燃燒 램젯
(
S
upersonic
C
ombustion
Ramjet
) 또는 藥語로서
스크렘젯
(SCramjet)은
램젯
의 한 變形된 形態이다. 超音速 燃燒 램젯 엔진은 航空機用 動力 機關으로서, 제트秦의 한 形態로 分類될 수 있다.
構成
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超音速 燃燒 램젯 엔진은
램젯
엔진과 마찬가지로 空氣 吸入口,
燃燒室
및 노즐로 構成된다. 그러나 이러한 構成은 超音速 燃燒 램젯 엔진의 各 部分에서 發生하는 空氣疫學的 現象에 따라 區分하여 說明하는 것일 뿐이다. 實際로 스크램젯 엔진은 하나의 긴 管과 같은 單純한 形象으로서, 길이 方向에 따라 그 斷面積만이 달라질 뿐이다.
터보젯 및 터보팬과의 比較
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램젯의 原理
超音速 燃燒 엔진의 原理
터보젯 및 터보팬과 比較하면, 스크램젯은 空氣를 壓縮시키는 데 壓縮機와 같은 回轉하는 構成品을 使用하지 않는다는 特徵이 있으며, 이러한 點은 램젯과 同一하다. 램젯과 超音速 燃料 엔진은 모두 空氣를 壓縮시키는 데 衝擊波를 使用한다.
로켓과의 比較
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로켓은 飛行體 內部에 燃料를 貯藏하고 있을 뿐만 아니라, 燃料를 연소시키는 데 必要한 酸化劑도 貯藏하고 있다. 따라서 로켓은 空氣가 稀薄하거나 없는 宇宙 空間에서도 燃料를 연소시켜 推力을 發生시킬 수 있다. 反面에 스크램젯을 包含하여 램젯이나 모든 가스터빈엔진은 酸化劑를 따로 貯藏하지 않고, 大氣를 吸入하여 그 속에 存在하는 酸素를 酸化劑로 使用한다. 따라서 이러한 엔진은 空氣가 없는 곳에서는 燃燒를 할 수 없다.
램젯과의 比較
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램젯에서, 空氣는 吸入口 內에서 慶事衝擊波 및 垂直衝擊波를 形成하게 되며, 結果的으로 吸入口를 지나면 亞音速으로 減速되어 燃燒室에 流入된다.
그러나 스크램젯 엔진에서는, 空氣가 吸入口 內에서 慶事衝擊波 만을 形成하며, 吸入口를 지나면서 減速이 되기는 하나 超音速으로 維持된 채 燃燒室에 流入된다.
特徵
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空氣가 吸入口에서 衝擊波를 形成할 때에는
壓力
損失이 同伴된다. 吸入口에 依한 空氣 減速의 幅이 크면 클수록 壓力 損失이 커진다. 壓力 損失은 엔진의 推力 減少로 이어진다. 램젯 엔진의 境遇, 空氣가 燃燒室에 流入될 때에는 亞音速으로 減速되어야 하기 때문에, 램젯 엔진을 裝着한 飛行體가 實質的으로 낼 수 있는 速度는 理論的으로 마하 6 程度이고, 現實的으로는 마하 4를 넘기 어렵다.
超音速 燃料 엔진은 램젯 엔진의 이러한 速度 限界를 넘을 수 있는 代案으로서 考案되었다. 超音速 燃料 엔진은 吸入되는 空氣를 엔진 內部에서 音速 以下로 減速시키기 않아도 되기 때문에, 램젯 엔진에 비하여 더 빠른 飛行 速度에서도 吸入口에서의 壓力 損失을 줄일 수 있다. 結果的으로 超音速 燃料 엔진을 裝着한 飛行體는 理論的으로 最大 마하 15 或은 그 以上의 速度를 낼 수 있다.
技術的 어려움
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現在 世界 10餘個國에서 硏究 開發을 推進하고 있기는 하나, 超音速 燃燒 렘젯 엔진은 아직 實用化되지 못하고 있다. 이는 다음과 같은 理由에서이다.
超音速 燃燒 問題
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超音速 燃燒 렘젯 엔진의 核心은 燃燒室에서 流動이 超音速으로 維持된다는 點이다. 이러한 超音速 流動에서 燃料를 點火하고 燃燒를 維持하는 超音速 燃燒 問題가 超音速 燃燒 렘젯 엔진의 核心 技術이다.하지만 一般的인 燃料는 亞音速以上에서 燃燒를 維持하지 못한다.
高溫 材料 및 冷却 問題
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超音速 燃燒 렘젯 엔진은 매우 빠른 飛行 速度를 目標로 하기 때문에 엔진의 表面은 空力加熱(空氣와의 摩擦에 依한 加熱)에 依해 그 溫度가 크게 높아지게 된다. 또한 엔진의 內部에서도 吸入口 內에서 空氣가 衝擊波를 形成하여 溫度가 크게 上昇하게 되며, 여기에 燃料를 더해 燃燒를 시키므로 燃燒室 內部 및 그 下流에서의 溫度는 더욱 上昇하게 된다. 이에 따라 高溫에서도 견딜 수 있는 材料를 使用하는 問題, 그리고 材料를 冷却하는 問題가 技術的 障壁이 된다.
補助 엔진의 必要性
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超音速 燃燒 렘젯 엔진은 吸入口에서의 衝擊波가 形成되어 空氣가 壓縮되어야만 推力이 發生된다. 따라서 飛行體의 飛行 速度가 充分히 나기 前까지는 엔진이 推力을 發生하지 못한다. 이는 램젯의 境遇도 마찬가지이다.
따라서, 實際로 비행체에서 使用되기 위해서는, 停止 狀態로부터 始作하여 超音速 燃燒 렘젯 엔진이 充分한 推力을 發生시킬 수 있을 때까지는 다른 形態의 엔진(로켓이나
터보팬
等)李 飛行體를 加速하여야만 한다.
같이 보기
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