대기 중 모래 먼지 유입이 소형 가스터빈엔진에 미치는 영향에 대한 연구

Effect of Sand and Dust Ingestion on Small Gas Turbine Engines

항공기용 소형 가스터빈엔진은 항공기의 주엔진 시동을 위한 압축공기 공급, 비상 전원 등을 위한 보조동력장치로 사용된다. 항공기가 모래와 먼지가 함유된 대기 조건에서 운용되는 경우, 보조동력장치와 엔진에 대기 중 모래와 먼지가 유입되며, 이러한 모래 먼지 유입은 가스터빈엔진의 마모, 성능 저하 등을 야기시킨다. 본 연구에서는 모래와 먼지가 소형 가스터빈엔진에 유입되는 경우에 대하여 그 영향성을 고찰하였다. 시험에서의 모래와 먼지 농도는 공기 단위 질량당 $4.4{\times}10^{-5}kg$ 이며, 이는 미 군사규격인 MIL-E-8593 에 제시된 조건과 동일하다. 모래 먼지 유입시험은 총 10 시간 동안 수행되었으며, 시험 전 후의 성능시험을 통해 성능 영향성을 고찰하였다. 또한, 임펠러, 터빈휠 등 주요 구성품에 대하여 분해검사를 수행하여 마모 특성에 대하여 고찰하였다.

Small gas turbine engines are used in aircraft as an auxiliary power unit (APU) to supply compressed air to start the main engine and for emergency electricity. When an aircraft is operating in an environment in which sand and dust is present in the ambient air, the engines as well as the APU ingest the sand and dust. This causes erosion of the engine and a degradation in its performance. The present study investigated the effect of sand and dust ingestion on small gas turbine engines. The concentration of sand and dust was $4.4{\times}10^{-5}kg$ per unit kg of air, which follows the specification in MIL-E-8593. The test was conducted for 10 h, and the engine performance before and after the test was compared. In addition, a tear-down inspection was conducted to examine the erosion patterns of sub-components such as the impeller and turbine wheel.