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항공기 왕복기관의 발달사 평가A좋아요

목 차Ⅰ.서론Ⅱ.본론ⅰ. 최초의 동력엔진ⅱ. 로터리 엔진 혁명 시대ⅲ. 제 1,2차 세계대전이 미친 영향ⅳ. 이후의 왕복기관Ⅲ. 결론Ⅰ. 서론만약 당신이, 혼자서 단발엔진을 장착한 비행기로 대서양을 횡단 비행하고 있다면 가장 걱정되는 일은 무엇일까?그것도 시대가 1927년 이라면, 망망 대해에서 당신을 구조해 줄 사람은 아무도 없다는 것은 본인이 누구보다도 잘 알고 있다.그 걱정스러운 상황에서 비행중 엔진이 멎는다면? 아마도 조종사에게 있어 그보다 끔찍한 일은 없을 것이다. 최초의 대서양 무착륙 횡단 비행을 한 찰스 린드버그는 이런 그의 심정을 다음과 같이 말하였다. 그의 애기 스피리트 오브 세인트루이스호의 엔진 라이트 와르윈드를 처음 받을 때의 상황이며, 엔진에 관한 언급으로 많이 인용되는 다음 구절은 그의 저서 '스피리트 오브 세인트루이스'의 한 구절이다.최초의 동력 비행을 한 기체를 묻는다면 누구라도 대답할 수 있을 것이다. 바로 라이트 형제의 플라이어기이다. 플라이어기를 언급하면서 우리는 중요한 사실 하나를 집고 넘어가야 한다. 그것은 최초의 동력 비행에서 엿볼 수있는 중요한 단어, '조화'를 배우게 된다는 것이다.그 이유는 동력장치에 있어서는 플라이어기에 장착된 엔진은 최초의 항공용 엔진이 아니기 때문이다.엔진에 있어서는, 라이트 형제가 마땅한 엔진을 구하지 못하여 그들의 기술공인 챨리 테일러와 같이 만든 엔진보다도 더 우수한 엔진이 이미 존재하였다.항공기에 알맞은 출력 중량비를 갖춘 최초의 항공엔진이라고 한다면 아마도 찰즈 맨리의 5기통 엔진일 것이다.그러나 불운하게도 라이트 형제의 엔진뿐 아니라 그 후 몇년 후 까지의 엔진과 비교하여도 손색없고 오히려 기술이 앞선 이 엔진은 공기역학적 실패작인 '에어로드롬'기에 장착되어 그 빛을 보지 못하였다. 여기서 우리는 항공기에 있어서 아니 더 넓게 보아서 항공 산업의 조화라는 측면을 다시 한번 확인하게 된다.Ⅱ.본론내용의 시작에 앞서 우선 왕복 엔진이 갖추어야 할 필요조건을 살펴보자.① 무게가 가벼워야 한다.② 작동에 대해서 안심할 수 있어야 한다.③ 운용시에 경제적이어야 한다.④ 비행중 모든 상황 및 조건에 대해 유연하게 작동해야 한다.⑤ 기체 진동에 대해 평형성을 지녀야 한다.엔진을 비교하는데 있어서는 보통 비중량, 비연료소모율, 배기량을 고려한다.비중량(Specipic Weight)이란 엔진 전체의 무게를 최대출력으로 나눈 것을 말하며 무게당 출력비라고도 한다.비연료 소모율(SFC: Specific Fuel Consumtion)로는 긴 항속거리의 항공기에 있어서 얼마만큼 연료를 소모하는가, 즉 얼마만큼 경제적인가를 비교할 수 있다. 이 밖에 피스톤 배기량은 실린더 내경의 단 면적에 피스톤이 움직인 거리를 곱하여서 구한다.총배기량은 전체 피스톤이 배기한 총용적으로 피스톤 배기량에 엔진 실린더 수를 곱한 것이다.이러한 배기량으로 엔진크기 및 출력마력을 짐작할 수 있다. 보통 배기량에 비례하여 엔진의 출력 마력도 커지게 된다.ⅰ. 최초의 동력엔진미국인 찰리 맨리(Chales Manley)의 엔진. 믿을 수 없을 정도로 뛰어나고, 시대를 앞서간 엔진이다. 이 엔진은 5기통 성형(radial)으로 기화기가 달린 가솔린 엔진이었다.왕복엔진에서의 분류 방법은 실린더 배열에 의한 분류를 대표적으로 하는데 이에는 직렬형, 도립 직렬형, V형, 도립 V형, 이중 V형, 수평 대향형, X형, 성형들이 있고, 성형엔진은 단열, 복열, 다열배열이 있고, 실린더가 크랭크축을 중심으로 원처럼 둘러싸인 형태를 말한다.맨리엔진의 특징을 살펴보자① 5기통 성형 엔진② 불꽃 점화 방식③ 수냉식이 엔진은 50마력에 82kg의 무게로 1.63kg/hp의 비중량이었다.이는 라이트 형제의 엔진이 동일 무게에 12마력인 것에 비하면 아주 놀랍다. 그러나 불행하게도 랭글리(Samuel Pierpont Langley) 교수의 에어로드롬(Aerodrome)기에 장착되어 빛을 보지는 못하였다.에어로드롬은 맨리의 조종 하에 두 번의 비행 모두 실패하였고, 결국 대파되었다.만약 이 엔진이 공기역학적으로 완성된 기체에 장착되었더라면 아마도 최초의 우수한 동력 비행 엔진이 되었을 것이다.최초의 동력 비행 엔진은 역시 1903년 라이트 형제의 플라이어기의 엔진이다.라이트 형제는 엔진의 설계뿐만 아니라 제작까지 하였고, 그들의 기계공인 챨리 테일러(Chales Taylor)의 도움을 받았다. 처음에 라이트 형제는 그들의 비행기에 적합한 엔진을 위해 여러 엔진 제작 회사에 주문하였으나 거절당하였다.그래서 그들은 당시의 Pope-Toledo 차의 엔진을 기초로 하여 새로운 엔진을 만들어 냈다.이 엔진을 특징은 다음과 같다.① 4기통 직렬형(in-line)엔진② 수냉식③ 연료는 가열된 다기관으로 기화된다.④ 치수는 내경 111mm, 행정거리 102mm, 배기량 3.936cm³⑤ 주철 실린더에 박판 알루미늄 워터 재킷이 장착되었다.⑥ 헤드에서 배기 밸브는 기계적으로, 흡입 밸브는 자동적으로 작동된다.⑦ 알루미늄 합금 크랭크 케이스를 사용했다.⑧ 고전압 마그네토에 의한 점화 방식⑨ 82kg(액세서리와 연료와 물을 포함하면 91kg)에 12마력을 발생한다.그 후 더 발전된 엔진으로는 프랑스의 르바바슈 교수의(Leon Levavasseur)의 앙뜨와네트 엔진(Antoinette: 친구 딸의 이름을 붙였음)을 들 수 있다.1905년 수냉식의 V형 8기통 앙뜨와네트 엔진은 50마력의 추력에 50 kg, 비중량은 1.0 kg/hp로서 25년간 동안 이를 능가한 엔진은 없었다.특히 시대를 앞서간 기술로는 증발냉각과 직접 연료 분사등이 있다.냉각수는 실린더 주위를 순환 후 증기로 변하고 동체 측면의 커다란 라디에이터에서 응축된다.그러나 이 엔진은 신뢰성이 부족하고, 또 너무 고가이었기에 더 혁명적인 엔진이 요구되었다.이에 Seguin형제가 1908년 처음 시판한 노움 오메가 로타리(Gnome omega rotary) 엔진이 출현하게 된다.ⅱ. 로터리 엔진 혁명시대1908년 이전까지의 엔진은 크고 무거웠다. 그 이유는 주철과 강의 단조에 놋쇠 덩어리와 구리판으로 제작되었기 때문이며 보통 무게가 마력당 4.5kg이상이나 나갔다.이렇게 무거운 엔진은 장착된 얇은 기체에 심한 부담을 준다.게다가 이 당시의 기본적인 문제점인 무거운 목재 프로펠러로 추진될 시의 구동 축의 토크, 비정상적이고 단속적인 커다란 실린더의 점화는 때때로 엔진을 뒤흔들고 심할 시에는 장착 부위에서 엔진이 탈락되거나(비행중 엔진이 기체에서 떨어진다면?) 기체의 파괴를 불러왔다.이 문제를 해결하기 위해 프랑스의 두형제 로렌트(Laurent)와 구스타브(Gustav Seguin)는 새로운 형태의 엔진을 만들었다.이전의 엔진이 부피와 무게가 컸던 주요 이유는 재료이외에도 엔진의 과도한 열을 제거하기 위한 냉각장치 때문이었다.수냉식 엔진은 그 구성상 중량이 무거울 수밖에 없지만 달리 도리가 없었다.이에 세긴 형제는 기존의 대형 라디에이터와 파손과 탈락의 위험이 많은 커넥팅 파이프를 제거하고 그 주위에 공기가 열을 흡수하게 하는 냉각 핀을 부착시켰다.그러나 그들이 넘어야 할 문제가 있었다. 비행중이나 심지어 비행기가 지상 정지 중에도 실린더 주위를 공기가 고속으로 흐를 수 있는 무언가가 있어야 한다는 것을 깨달은 것이다.그들의 해답은 평범한 배열을 바꾸는 것으로, 크랭크축을 기체에 고정시키고, 엔진은 프로펠러에 고정시켜 엔진이 시동되면 크랭크축은 정지해 있지만 엔진이 프로펠러와 같이 회전하게 한다는 것이었다.회전하는 엔진의 질량을 균형 맞추기 위해 성형 배열을 택하고 실린더의 수는 홀수 개로 처음에는 5개가 사용되었다.또 폭발 행정시 한 실린더를 건너 점화하여 엔진의 진동을 감소시켰다.그 결과로 드디어 수냉식이 아닌 공냉식 엔진이 탄생했고 이후 로타리 엔진의 혁명시대를 열게되었다.이 엔진은 고출력 무게비와 좋은 신뢰성으로 그 시대의 다른 엔진과는 비교가 안될 만큼 우수하였다. 처음의 Gnome 엔진은 5기통, 50마력, 무게 61kg, 비중량 1.22kg/hp로 제작되었다.ⅲ.제 1,2차 세계대전이 미친 영향제 1차세계대전이 일어나면서 성능과 실용성에 중점을 두면서 비행기 형식과 구조가 급격히 변화 1915년 철판을 붙인 비행기가 등장 미국에서는 국립항공자문 위원회 (NACA National Advisory Committee for Aeronaktics) 를 설립 1920년 랭리(Langley) 연구센터를 선립 최신의 비행기도 여기서 연구한 실험결과를 이용해 설계하였다 1차세계대전 초기 1904년 에는 아직 전투기라는 계념이 없었다 그저 정찰기로 사용되며 나중에는 이 정찰기를 방해하기 위해 권총을 들고 타거나 비행기에 기관총을 장착해 비행을 했으나 정확도가 많이 떨어지고 프로펠러에 잘못맞으면 비행기가 떨어져서 실용성이 많이 없었다 허나 전쟁이 4년동안 계속되면서 비행기는 무기가 되어 항공기술이 엄청나게 발전하였다 항공기 성능향상은 물론이거니와 전투기, 폭격기, 정찰기, 등 용도에 따라 비행기 분류 다른 형상으로 설계되었다 군사적으로도 비행기는 지상군한데 협력하는 용도에서 공군으로 독립 1918년 프랑스가 항공군단을 창설 영국은 공군을 창설하였다.전쟁이 끝나고 1920년까지는 항공기술이 발달하지 않았으나 후반부터 미국에 의해 발전의 징조가 보이기 시작 1차 대전 이후 비행기 대형화와 고성능화에 따라 기체 각 부재에 작용하는 응력이 커지게 되었으며 비행영역에 따가 목재보다 크고 구조중강도 가볍게 할수있는 금속제의 구조를 사용하게 되었다 1930년대 배행기 성능향상에 가장 큰 영향을 미친것은 플랩(Flap)이다 플랩 사용으로 인해 날개하중이 100kgf/㎡ 을 넘고 속도도 300km/h을 넘게 되었다

공학/기술| 2017.09.28| 8페이지| 1,500원| 조회(1,499)

항공기, 발달사, 세계대전, 왕복기관, 로터리 엔진

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