제트(Zet) 엔진과 數學 ^流體. 熱力學 - 쭈욱~! 꾸욱~! 쾅! 휘익~! - 테슬라 터빈(Turbine)

 

제트엔진의 구조

 

비행기를 움직이는 힘, `Power Plant (파워플랜트)` - 매경프리미엄 (mk.co.kr)

비행기를 움직이는 힘, `Power Plant (파워플랜트)`

 

https://youtu.be/N_1rCiBRVcA

 

https://m.bobaedream.co.kr/board/bbs_view/strange/2174074

 

Hydrodynamica(流體力學)에는

현대 항공기 제작의 핵심원리인

‘유체의 속력이 증가하면 압력은 낮아진다’는

베르누이의 원리가 기술되어 있다.

 

유체의 속도가 증가하면 압력이 낮아지고

속도가 감소하면 압력이 높아져

압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하려는 힘(양력)에 의해

비행기가 뜨게 된다.

 

즉

날개 상부의 공기의 흐름이 빠르고

하부가 느리면

각각 상부의 압력은 하부에 비해 낮아

날개는 압력이 작은 쪽인 상부로 올라가는 힘(양력)이 발생하고

비행기는 그 힘으로 뜰 수가 있게 된다.

 

 

터빈엔진의 소음을 제어하기 위해서는

비선형 편미분 방정식(Nonlinear Partial Differential Equations)인 압축성 나비어-스톡스 방정식(Compressible Navier-Stokes Equations)과

이를 단순화시킨 압축성 오일러 방정식(Compressible Euler Equations)

그리고 음향파동방정식(Acoustic Wave Equations)의 활용이 필수적이다.

 

아울러 엔진의 부품의 변형 등의 물성을 구현할 수 있는

탄성역학방정식(Elastodynamic Equations)이 필요하다.

 

음파가 탄성체로써의 엔진부품에 상호작용을 야기하기에

상기 나열한 방정식들을 최종적으로 함께 풀어야

복합소재의 적절한 선택과

소재의 기하학적 형상으로부터 생기는 물리적인 특성을

보다 더 구체적이고 효율적으로 이해할 수 있게 된다.

 

가스터빈에서 가장 중요한 부품 중의 하나가 터빈날개(turbine blades)인데

손상과 마모를 줄이는 것이 관건이다.

 

가스터빈기관의 고효율성은

구성요소간의 압력비나 연소기의 온도를 상승시킴으로써 얻을 수 있다.

 

온도를 상승시킴으로써 생기는 터빈날개의 내열성이 문제가 된다.

 

최근에는 이러한 연구를 위해 수학의 이론을 바탕으로 한

수치시뮬레이션과 실험이 병행되고 있다.

 

https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%A0%9C%ED%8A%B8%EC%97%94%EC%A7%84-%EA%B0%9C%EB%B0%9C-%EC%9B%90%EB%A6%AC-%EC%86%8D-%EC%88%98%ED%95%99/

제트엔진 개발 원리 속 ‘수학’ – Sciencetimes

 

https://youtu.be/dV9qgH9G5ZY

 

쭈욱—! 꾸욱—! 쾅! 휘익—!

 

공기를

빨아들이고(쭈욱~!)

눌러서(꾸욱~!)

폭발시켜(펑!)

공기가 빠져나가면서(휘익~!)

추진력이 생기는 과정을 의성어로 표현한 것이다.

 

기술 용어로 설명한다면 흡기-압축-연소-배기 과정이다.

 

 

https://www.gereports.kr/ge-aviation-how-a-jet-engine-works/

네 개의 단어로 설명하는 항공기 제트엔진의 원리

 

https://youtu.be/DTba0bNEV14

 

 

‘에너지전환·국산화’ 모두 잡은 두산중의 발전용 가스터빈 : 산업·재계 : 경제 : 뉴스 : 한겨레 (hani.co.kr)

‘에너지전환·국산화’ 모두 잡은 두산중의 발전용 가스터빈

 

https://youtu.be/4sDv8IFvHDE

 

 

A : 이륙시,  B : 초음속시,  C : 역추진시

 

https://m.blog.naver.com/applepop/221601155665

터보제트와 터보팬

 

무소음 드론엔진 시제품은

CD처럼 생긴 금속 원반들을 일정한 간격을 두고 중첩시켜 놓는

방긱의 ‘테슬라터빈’으로 만들어졌다.

 

디스크를 돌리면 디스크들 사이에서 이른바 견인효과가 발생한다.

 

이 때 디스크 중앙으로 공기가 유입된다.

 

유입된 공기는 디스크 사이로 빠르게 배출된다.

 

이른 바 ‘경계면 견인효과’다.

 

디스크의 넓이가 커질수록 풍량도 많아진다.

 

이 바람을 원형노즐 간격 조정기술로 조절하면 드론을 날게 할 수 있다.

 

“무소음 드론엔진 세계시장에 공급하겠다” (g-enews.com)

“무소음 드론엔진 세계시장에 공급하겠다”

 

 

탁승호 박사가 신기술을 적용한 새로운 드론에는 프로펠러가 없다.

 

탁 박사의 드론은

바람을 일으켜 비행한다는 점에서는 기존 드론과 같지만

바람을 일으키는 방법이 다르다.

 

프로펠러 대신

구멍이 뚫린 여러 장의 디스크를 회전시켜 바람을 일으킨다.

 

디스크를 돌리면 디스크 표면에 견인작용이 발생,

디스크 중앙으로 공기가 유입되며,

유입된 공기는 디스크 사이를 통해 밖으로 빠르게 분출된다.

 

디스크의 넓이가 커질수록 풍량도 정비례로 커진다.

이렇게 발생된 바람은

원형노즐간격 조정기술을 통해 드론의 추진장치가 된다.
   
   이 같은 무음송풍장치 기술이 적용된 제품으로는

프로펠러 없는 선풍기 ‘다이슨’이 유명하지만,

 

이날 탁 박사가 선보인 기술과는 원천기술 종류가 다르다고 한다.

 

다이슨은 일본에서 개발한 소음상쇄 기술을 사용하지만

탁 박사의 무음드론 기술은

100년 전 미국의 발명가 니콜라 테슬라가 개발한

테슬라 터빈을 기반으로 한 것이다.

 

 

[IT] 한국, “세계 최초 프로펠러 없는 무음(無音)드론 개발” (chosun.com)

한국, “세계 최초 프로펠러 없는 무음(無音)드론 개발”

 

 

https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=jikji14&logNo=100196970464 

신박한 장치(테슬라 터빈, 램펌프, 로켓 스토브)

 

테슬라터빈(the tesla turbine):
여러장의 디스크를 일정한 간격으로 적층시켜
유체의 점성마찰력으로 회전시키는 터빈,

기존 1500마력 탱크엔진과 비슷한 크기,비슷한 무게,
1400리터 디젤유를 사용해
기존 탱크의 6시간 작동의 2배인 12시간 작동,
기존 탱크의 항속거리500km의 2배인 항속거리1000km,

테슬라는 나치독일이 테슬라터빈을 공급하려 했다.
이후 테슬라터빈은 미국으로~~~

 

https://blog.daum.net/friend777/15712214

[스크랩] 테슬라터빈(the tesla turbine):

 

https://youtu.be/tZjLjBS09wI

 

테슬라 터빈 – HiSoUR – 안녕하세요.

테슬라 터빈

 

비행기가 공기 중을 고속으로 비행할 때에는, 

날개와 동체를 비롯하여

비행기의 모든 부분 위로 들러붙는 얇은 공기층이 형성됩니다. 

 

이 공기층은 비행기의 비행 속도와 동일한 속도로 움직입니다. 

 

이 때, 

비행기를 둘러싸고 있는 활발하지 않는 공기층와 이 경계층 사이에는 

‘측면 작용[sheer action]’ 혹은 

‘측평면[sheer plane]’이라고 불리는 것이 생겨 납니다. 

 

그런데, 

이 측평면에서는 견인력이 형성되어 비행기를 뒤로 잡아 끄는 것입니다. 

 

공기역학자들[aerodynamicists]은 말하기를, 

만약 우리가 마술 지팡이가 있어서,

‘경계층 견인 효과[boundary layer drag]’를 제거하거나 최소화 시킬 수 있다면,

 비행 속도를 약 40%정도 더 증대시킬 수 있거나

혹은 동일 수준의 마력을 덤으로 얻을 수 있다고 합니다. 

 

공기역학에 있어서, 

경계층 견인 효과는 전혀 원치 않는 부산물인 것입니다.

 

그런데, 

테슬라는 기존 개념을 180도 돌려놓을 수 있었습니다. 

 

테슬라는

경계층 견인 효과가 유용하게 쓰일 수도 있을 것이라고 봤던 것입니다. 

 

일반적으로 말해서, 

이처럼 원치 않는 효과를 유발하는 기제가 있을 때, 

오히려 이를 정반대로 돌려 놓을 수 있을 경우, 

놀라운 변화 내지는 기술 상의 진보를 가져올 수 있는 것입니다. 

 

바로 이것이 정확히 경계층 견인 효과 관련 기술 상에 일어난 일입니다. 

 

기본적으로 우리가 해낸 것은, 

달리 말해, 

테슬라가 제안했던 것은, 

일련의 평평한 디스크[flat discs]들로 된 터빈을 만드는 일이었습니다. 

 

이러한 디스크들은, 

금속을 주형 틀로부터 찍어 내어 만들 수 있습니다. 

 

여러분들이 알아야 될 사실이 있다면, 

주형 틀을 이용하는 것[stamping]은

금속 제작물을 만드는 방식 가운데 가장 값싼 방식입니다.

 

 

테슬라 터빈 (daum.net)

테슬라 터빈

 

영국 회사가 선보인 신소재라는 것은,

‘항공 우주 세라믹[aerospace ceramic]’이라는 것이었습니다.

 

이것은 질화 규소[silicon nitride]로 만든 고순도의 세라믹입니다.

 

규소는 지표면에서 7번째로 풍부한 원소이기도 합니다.

해변은 대체로 전부 다 규소입니다.

 

규소는 단지,

아주 흥미로운 물질일 뿐만 아니라,

아주 다량으로 존재하기에,

값도 무척이나 쌉니다.

 

그런데

질화 규소에 관한 정말이지 깜짝 놀랄만한 사실이 한가지 있습니다.

왜인지는 저한테 물어보지 마세요.

저도 모르니까요.

 

어떤 이유에서인지는 모르겠지만,

이 질화 규소라는 것은 온도가 증대되면 그만큼 약해지는 것이 아니라,

오히려 점점 더 단단해 지는 것입니다.

 

질화 규소는 가열하면 할수록 튼튼해지는 물질입니다.

 

우린 이렇게 말했습니다.

“좋아, 이걸 한 번 써 보자.

어떤 일이 생기는지 보자.”

질화 규소를 2500°F라는 엄청난 온도 속에 두어 봤습니다.

 

그랬더니 질화 규소의 장력은

3000 psi가 아닌 80,000psi까지 올라가는 것이었습니다.

 

우리는 이 물질의 엄청난 활용도를 가늠해 볼 수 있었습니다.

 

제트 엔진의 내부 부품들을,

뜨거우면서도 단단해지는 질화 규소로 만들지 않을 이유가 어디 있겠습니까?

이 분야의 사람들은 이를 위해 노력 중에 있습니다.

어쩌면 여러분들도 짐작해 볼 수 있겠지만,

이는 고순도 물질이어야 합니다.

 

거푸집에 넣고, 엄청난 압력을 가해야 합니다.

동시에 약 3000°F 부근까지 온도를 올려줘야 합니다.

 

뜨겁고도 잘 압축된 질화 규소를 만드는 데 쓰이는 장비는 값싼 것이 아닙니다.

‘열간 정수압 처리[HIP-Hot Isostatic Pressing]’라는

새로운 공정을 거쳐야 하는 것입니다.

 

빛의지구메세지 - 테슬라 터빈 Part II. (lightearth.net)

빛의지구메세지 - 테슬라 터빈 Part II.

 

https://youtu.be/IQmlXJVo9LE?list=RDCMUCfCKUsN2HmXfjiOJc7z7xBw 

 

Tesla밸브의 원리 : 순방향 흐름(아래)에서는 유체가 방해받지 않고 거의 직선으로 흐르고, 리턴 흐름에서는 부품이 루프로 흘러 흐름을 방해한다.

 

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