A Study on Partial-Load Performance Experiment & Analysis for Dynamic Transient Effect of Free Shaft Gas Turbine Engine

분리 축 가스터빈엔진의 동역학적 천이효과에 의한 부분부하성능 시험 및 해석에 관한 연구

The present work was conducted to build a propulsion system for an airship. For this purpose, free shaft gas-turbine was modified to produce electrical power. he experiments were carried out to analyze the driving rotor condition at various power shaft loads. From this analysis, an appropriate damping device was required, and the changeable inertial moment from the fly-wheel was applied. Without the appropriate damping device, instability was found, and it was resulted as power loss. Also the amount of inertial moment was certified by the performance of dynamic transient effects from the engine test results. Knowledge gained from this research could benefit the propulsion and power conversion community by increasing the better understanding of shaft loads and inertial effects.

본 연구에서는 분리 축 방식의 가스터빈엔진을 축소형 무인 비행선의 발전용 추진시스템으로 활용하기 위해서 분리 축 가스터빈엔진을 발전용으로 개조하였다. 엔진시험을 통해 출력축으로부터 부하를 전달할 때, 요구되는 구동로터의 조건을 분석하였다. 분석한 결과 적절한 댐핑(damping)역할을 하는 장치가 필요함을 알 수 있다. 따라서 댐퍼 역할을 하는 flywheel의 관성모멘트의 변화를 고려하여 정량화하는 방법을 선택하였다. 적합한 flywheel의 관성모멘트를 장착 할 수 없는 경우에는 엔진으로부터 요구되는 출력을 얻을 수 없으며, 또한 엔진 시험중 불안정성이 초래함을 확인할 수 있었다. 엔진시험에 의한 데이터 분석으로부터 동역학적인 천이효과에 의한 성능을 통해 관성모멘트의 요구범위를 확인 할 수 있었다. 재설계한 Flywheel을 장착하여 시험한 결과 정상적인 엔진작동으로부터 추진 시스템에 요구되는 출력을 얻을 수 있었다. 엔진 시스템의 천이작동모드에서는 Fuel flow schedule 대한 엔진 응답이 제어 시스템에 제공되기 때문에, 제어시스템 설계와 천이작동모드는 충분히 고려해야 할 것이다.