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  1. 2012.01.10 미리보는 미래무기 - 극 초음속 추진기관 '펄스 데토네이션 엔진'

보조엔진 없이 마하4 이상 초음속 비행 가능


미 공군이 개발한 펄스 데토네이션 엔진으로 시험비행 중인 ‘Long E-Z’           출처:Wright-Patterson 미공군 홈페이지



‘더 높이! 더 멀리! 더 빨리!’. 서울 올림픽을 개최하고 2018년 평창 동계올림픽을 개최할 우리에게는 너무나도 익숙한 올림픽 슬로건이다. 이를 위해 육상선수들은 뼈를 깎는 고통을 감내하며 새로운 기술을 연마하고 훈련에 훈련을 거듭하고 있다. 인류의 무기도 올림픽 슬로건처럼 더 높이, 더 멀리, 더 빠르게 진화해 왔다. 항공기나 유도탄·함정·전투차량 등이 이처럼 기동할 수 있는 근간은 추진기관이다.

 현재까지 유·무인 항공기나 유도탄 등과 같은 비행체에는 디젤 엔진이나 가스터빈 엔진·고체로켓·액체로켓 추진기관이 보편적으로 적용돼 왔다. 최근에는 항공기나 유도탄이 초음속 또는 극초음속으로 순항할 수 있게 해 주는 램제트 및 스크램제트 엔진 등이 선진국을 중심으로 활발하게 개발되고 있으며 이미 실용화 단계에 있다. 이와 함께 차세대 극초음속 추진 엔진으로 주목받고 있는 것이 펄스 데토네이션 엔진(PDE : Pulse Detonation Engine)이다.

 PDE는 탄화수소와 같은 가연성 혼합기체가 점화될 때 발생하는 연소파와 초당 2~3㎞ 속도로 이동하는 강력한 폭발 충격파를 이용해 추진력을 얻는 엔진이다. PDE는 램제트 엔진이나 스크램제트 엔진과 마찬가지로 별도의 압축기나 터빈이 필요 없어 구조가 간단하고 소형 경량화가 가능하다.

 또 램제트 및 스크램제트 엔진은 운항 초기에 별도의 초음속 추진기관이나 항공기 등을 이용해 초음속 비행조건을 만들어 줘야 하지만 PDE는 연료를 점화할 때 발생하는 충격파를 이용하기 때문에 이러한 준비 과정을 생략할 수 있다. 엔진의 효율성 측면에서도 단위 중량당 추진력의 크기를 나타내는 비추력이 높고 연료 소비가 적어 열효율이 매우 우수하다.

 PDE의 유래는 불분명한데, 그 이유는 이 엔진이 보유한 장점과 전략적 가치로 일부 국가를 중심으로 은밀하게 개발돼 온 측면이 없지 않다. 1998년 미국 MIT 출신의 버싱 박사는 항공기용 PDE를 처음으로 발표해 주목받았다. 이 엔진은 보조엔진 없이 마하4 이상의 초음속 비행이 가능한 것으로 알려졌다.

 현재 미 공군과 DARPA, NASA, Pratt & Whitny사 등이 실용화 개발을 추진하고 있으며, 2012년 후반에 계획된 Falcon HTV-3X 시험비행에 펄스 데토네이션 엔진을 적용할 계획인 것으로 알려져 있다. 우리나라는 일부 대학과 연구소를 중심으로 기초연구가 진행되고 있다.

 PDE를 항공기나 유도탄용 추진기관으로 실용화하기 위해서는 두 가지의 기술적 과제를 해결해야 한다. 첫째, 연료의 폭발연소를 안정적으로 유지·제어할 수 있어야 하며 둘째, 폭발 연소로 인해 발생하는 강한 충격과 고온에 견딜 수 있는 신소재를 개발해야 한다.

 펄스 데토네이션 엔진을 실용화하기까지는 향후 10년 이상이 소요될 것으로 예상된다. 이 엔진이 실용화될 경우 유·무인 항공기나 순항 유도탄의 비행 속도와 거리를 획기적으로 증대시킬 수 있을 것이다. 또 연료 소모와 공해물질 배출이 적기 때문에 녹색기술로서도 각광받을 것으로 예상된다.

<이용진 국방기술품질원 선임연구원>


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Posted by 마니아군
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