연료 효율을 높인 신개념 엔진 - 프롭팬

 (CFM's ultra-efficient open-rotor Rise engine will fly aboard an Airbus technology demonstrator within 5 years or so. Credit: CFM)

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(Open rotor designs place a large number of long, pitch-controllable blades in the air, combining the speed and performance of today's turbofans with the efficiency of a turboprop. Credit: CFM)

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자동차 업계에서는 전기차 같은 친환경차 전환이 대세이지만, 항공기의 경우에는 친환경 전환이 늦어지고 있습니다. 기본적으로 배터리는 항공기 에너지원으로 사용하기에는 에너지 밀도가 너무 낮기 때문입니다.

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따라서 항공기 제조사들은 수소 비행기나 친환경 연료 개발에 힘쓰는 한편 기존의 제트 엔진의 효율을 높이는 연구를 진행하고 있습니다.

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GE는 1989년 개발에 착수했으나 결국 상용화에는 실패했던 언덕티드 팬 혹은 프롭팬 (Unducted fans (UDFs), also known as propfans or open rotor engines) 엔진을 다시 개발하기 위해 사프란 항공 엔진 (Safran Aircraft Engines, 과거 Snecma)와 50/50 조인트 벤처인 CFM International RISE을 설립했습니다.

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프롭팬은 처음 볼 때는 그냥 프로펠러 엔진처럼 생겼지만, 사실은 터보 제트 엔진을 감싸는 관을 빼고 팬만 노출한 것 같은 구조로 되어 있습니다. 3D 프린터로 출력한 촘촘한 팬 뒤에는 반대 방향으로 회전하거나 정지해 있는 또 다른 팬이 존재합니다. 그리고 내부에는 다른 제트 엔진과 비슷한 압축기가 있습니다. 이 조합으로 연료 효율을 기존의 제트 엔진보다 20% 낮출 수 있다는 것이 GE의 설명입니다.

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(A comparison of the propfan with other types of aircraft engines. Credit: public domain/wikipedia)

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(3D Printing the Innovative CFM RISE Demonstrator)

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겉보기에는 터보프롭 엔진처럼 생겼지만, 사실 제트 엔진과 비슷한 마하 0.84의 속도로 비행이 가능하면서 연료 효율은 높인 신개념 엔진이기 때문에 효율 극대화를 위해 미국 에너지부 산하의 오크리지 국립 연구소의 프론티어 슈퍼컴퓨터의 도움을 받아 팬의 디자인을 정교하게 가다듬고 있습니다.

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프론티어 슈퍼컴퓨터: https://blog.naver.com/jjy0501/222752838643

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슈퍼컴퓨터의 도움으로 computational fluid dynamics (CFD) 모델링을 마친 CFM Rise 엔진은 이미 지상에서 400회 테스트를 마쳤으며 앞으로 프로토타입 엔진을 탑재한 비행기의 비행 테스트도 진행될 것으로 보입니다. 과연 제트 여객기의 외형을 크게 바꿀 수 있는 시도가 성공할지 주목됩니다.

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참고

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https://newatlas.com/aircraft/ge-cfm-rise-open-fan/

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https://www.cfmaeroengines.com/press-articles/cfm-internationals-rise-program-on-track-for-ground-and-flight-tests-mid-decade/