존나 실시간 헬기의 동력제한에 대해 알아보자

헬기 가이드 모음

항공기에는 여러 한계가 정해져 있고, 이건 헬기에서도 다르지 않음.

그 중 동력 한계는 보통 엔진과 미션에 의해 정해지는데, 종류를 한번 알아보자

아파치의 ENG 페이지

보통 위 페이지에 나온 TORQUE, TGT(Turbine Gas Temperature), Np/Nr/Ng(각각 파워터빈(엔진 출력축), 로터, 가스발생기(엔진 코어) RPM)이 비행에 중요한 요소이고,

그중 토크, TQT, Ng가 일반적인 동력 한계를 결정함.

일반적인 터보샤프트 엔진의 구조

압축기-터빈을 표시한 초록색 부분의 회전속도가 Ng(N1), 뒤로 나가는 출력축(보라색)의 회전속도가 Np(N2).

Np와 Nr은 일반적으로 동일하고, 100%전후로 유지됨. (오토로테이션 등 상황에선 Np가 더 낮아질 수 있음)

1. 토크

엔진과 기체 모두 영항을 받는 수치로, 엔진의 출력을 나타냄.

1-1.엔진 토크 리밋

T700-701C의 성능표

2.5분/OEI(One Engine Inoperative), 10분(보통 이륙마력), 30분, 순항으로 나눠짐.

일반적으로 엔진 성능에서 말하는 토큐는 이륙마력으로, 그 출력을 계속 낼 수 있는게 아니라 한시적으로 사용할 수 있는 토크임

엔진에서 정해지는 토크 제한의 경우, 보통 TGT나 Ng 제한치를 한번에 보기 쉽게 해놓은거임.

높은 토크 = 높은 출력 = 더 많은 연료 소모(로 인한 온도 상승) = 더 높은 Ng(원심력에 의한 파손 가능성)  이 성립하기 때문에 종합 수치로서 보여준다고 생각함 편함

물론 실제 항공기는 각각의 계기가 따로 있는게 보통이라 그냥 엔진 스펙 정도로 보면 편함

1-2.기체 토크 리밋

이게 일반적인 토크 리밋임

위의 엔진 토크 리밋은 해당 엔진이 최대로 낼 수 있는 출력이지만, 그걸 받아서 구동계를 돌려주는 기어박스가 버틸 수 있냐는 다른 문제가 됨

UH-60의 주기어박스

트랜스미션이 토크를 버틸 수 있는 한계가 있기 때문에, 제한 조건에 따라 엔진 출력을 100% 못 쓸 수 있음.

다시 T700-701C를 보면 (401C도 출력은 동일함) 2.5분 1940, 이륙 1890, 순항 1662SHP를 내고, 이 엔진은 AH-64D, UH-60L, UH-1Y등에 사용됨.

근데 자료를 찾아보면 알겠지만, 아파치와 블랙호크는 1890마력으로 설명하는게 대부분인데, 베놈은 1828마력, 그것도 2.5분 출력임(순항은 1546)

베놈의 경우처럼 같은 엔진을 사용해도, 기어박스의 제한때문에 출력을 의도적으로 낮추기도 함

날다가 이꼴나면 다 죽거든

V-22는 기어박스 파손 문제로 몇번의 사고와 그라운딩을 겪기도 함.(23년 11월 일본 사고, 24년 12월 뉴멕시코 사고).

(토크 리밋 문제는 아니고 기어박스 설계 결함임)

그래서 엔진이 2개 이상 달린 헬기의 경우, OEI 상황에서는 토크 제한치가 늘어나기도 함.(이 경우엔 엔진 토크 리밋이나 tgt, ng등에 의해 제한)

2.온도

TGT, TOT(Turbin Outlet Temp'), ITT(Interstage Turbin Temp'), MGT(Measurd Gas Temp')등 기종마다 다르긴 한데, 엔진 열피로/손상 제한임

터빈은 연소실에서 막 연소된 공기를 받아 회전하기때문에, 고열에 노출됨. 

이걸 해결하기 위해 여러 방법을 쓰긴 하지만, 한계는 있기 때문에, 온도를 제한해야함(정상 운용범위여도 사용에 따라 누적되기 떄문에 일정 시간마다 교환하는게 일반적)

사실 터빈을 구성하는 금속의 녹는점 이상에서 운용하며 그걸 여러 기술로 버티는 식인데, 그걸 넘으며 말 그대로 부품이 녹거나, 그렇지 않더라도 회전하는 엔진 특성상 크리프 현상이 발생해 엔진 내부를 긁어버리며 파괴될 수 있음

온도 리밋은 일반적으로 엔진 시동시나 엔진 내부 오염에 의해 발생하거나 운용시엔 고온/고고도 환경에서 발생함. 공통적으로 외부 공기 흡입량이 적어지는 상황인데, 외부 공기로 터빈을 냉각하기 때문임.

시동시에는 적은 회전수로 인해, 고온/고고도는 낮은 공기밀도로, 엔진 내부 오염은 효율 감소로 흡입하는 공기가 줄어들면서 tgt가 올라가는 현상을 보임.

헬기는 보통 Ng 리밋에 걸리는게 일반적이지만, 일부 헬기나(치누크) 고산지대(아프간)의 경우, 터보프롭 항공기들은 이게 더 일반적인듯.(임계고도를 기준으로 낮으면 토크리밋, 높으면 온도 리밋)

3. Ng

(N1이라고 하기도 하는데, 보통은 Ng를 씀)엔진 출력이 높아짐에 따라 엔진의 회전 속도도 증가하고, 그에 따른 여러 문제를 방지하기 위해 있음.

엔진에 따라 제한 이유가 달라서 내가 아는거만 씀

CDP제어

압축기를 빠져나갈때의 공기 압력을 CDP라 하는데, 이게 너무 높아짐 연소된 가스가 늘어나며 출력축(파워터빈)을 과속시키거나 과도한 부하를 줘 손상시킬 수 있음.

엔진 제어 시스템이 현대화된 경우, 공기 밀도를 바탕으로 Ng제한치를 임의로 낮춰 CDP를 조절하기도 함.

압축기 실속 방지

압축기의 블레이드도 일종의 에어포일이고, 실속이 발생할 수 있음. 엔진이 블레이드 각도를 조절하기도 하지만, 이것도 제한이 있고 어느 선을 넘어감 압축기 실속이 발생함.

원심력에 의한 피로

엔진은(소형 엔진일수록) 수만 RPM으로 회전하는데(T700은 100%에서 44700RPM), 여기서 생기는 금속 피로로 엔진이 손상될 수 있음.

번외. 계기의 발전

엔진만 해도 이정도 제한치가 존재하고, 속도/고도/자세 등 여러 제한이 추가로 존재함.

휴이

구형은 이렇게 아날로그 바늘에 녹색/황색/적색 선을 통해 표시했고, 나름의 장점도 있지만(대략적인 수치를 한눈에 보기 좋음) 파악하기 힘들었음

UH-60L

좀 더 발전한 70년대의 미국 기체들을 보면 이런 수직 디지털 계기로 발전함.

(사진은 적/황/녹색이 동시에 들어오는데, 실제 작동중엔 해당하는 범위의 색만 표시됨(정상임 녹색만 켜짐))

이렇게 되면 제한을 넘은 부분이 있는 경우 바로 파악하기 쉬워짐

UH-60M, 처음의 아파치도 같은 개념

글래스콕핏에선 화면에 통합되고, 리밋을 넘은 경우 강조하거나 운용 한계 시간을 자동으로 카운트해줌.

최신 항공기는 FLI(First Limit Indicator)를 이용하는데, 중앙의 바늘은 여러 수치중 가장 제한치에 가까운 수치를 표시해줌.

이러면 여러 수치를 모니터링 할 필요 없이, 저 바늘이 10(100%)에 닿지만 않게 운용하면 됨.

수치가 초과하는 경우(우측의 TOT) 강조표시가 되고, 중앙 2번 바늘도 134%를 지시하는걸 볼 수 있음.

🔥 실시간 네티즌 베스트 반응

• ㅇㅇ현직이신가
• 패튼2077년현역기원최신이 좋긴하네
• 아부하자르올만에 보는 좋은 글이네
• ㅇㅇ기계공학 너무 어렵다
• ㅇㅇ정비할때 생각나노 ㅋㅋㅋ 여담으로 n2랑 nr은 RPM 계기에 회전수가 아니라 페센트(%)로 현시되는데, 엔진과 로터가 연결되어 있음을 아주아주 단순하게 표시한거임ㅋㅋ
• NiKeㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ ⛔❗✨ 실베 절취선 ✨❗⛔ ㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡㅡ
• ㅇㅇ근데 멍청하게 투표 왜하는거임? ㄹㅇ 내표로 딱 바뀔 상황 100표vs100표로 대통령바뀌는 상황이면 함 근데 현실적으로 그럴확률 아예 없으니까 난 여태까지 투표 2번 아예 하지도 않음 그 투표하러나가는 10분 ㅈㄴ아까움 걍 겜하라고 쉬는날이라서 게임했음 그래서 난 1찍 2찍 3찍 다 아님 "노찍"임
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