레큐퍼레이터 장착형 100마력급 터보샤프트엔진의 초기 싸이클 설계

Initial Cycle Design of a 100hp class Turboshaft Engine with a Recuperator

유상하중 수십 kg 수준의 무인기는 소형 왕복동 엔진이나 로터리 엔진을 사용하나 이들은 초기 구매 비용이 작다는 장점에 비해 운용 및 유지비용이 크다. 특히 소음이 심해 도심운용이 불가능하며, 진동으로 인해 탑재장비의 제한을 받는다. 이에 비해 가스터빈엔진은 운용 및 유지측면의 다양한 장점에도 불구하고 왕복동이나 로터리 엔진에 비해 연료소모율이나 출력당 중량이 크다는 단점이 있다. 본 연구는 이런 가스터빈엔진의 단점을 극복할 수 있는 레큐퍼레이터를 장착한 소형 터보샤프트엔진을 설계하는 것이 목적이다. 항우연이 기 개발한 틸트로터 항공기(TR-60)를 가상의 장착 기체로 상정하여 출력과 크기를 도출하였다. 본 논문에서는 이 엔진의 미션, 설계요구도 도출 및 설계절차와 초기 기준점 싸이클 설계 결과를 설명하였다.

Usually piston or rotary engines are installed at UAV's under 100 kg payload class. Those engine are less expensive and easy to get, but they require higher operating and maintenance costs due to shorter life and unique fuel usage. They are also too noisy to operate in urban area and have too strong vibration to carry sophisticated payloads. On the contrary, a gas turbine engine has drawbacks like higher specific fuel consumption and weight to power ratio, even it has many operating and maintenance benefits. This study aims to design a small turboshaft engine with a recuperator to overcome those demerits. A tilt rotor UAV(TR-60) developed by KARI was chosen as an imaginary target aircraft, and engine power and size were derived from it. This paper describes engine requirements, design process, and initial reference point cycle design.