次世代推進装置 ‘スクラムジェットエンジン’ 研究活溌

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2013-07-24 11:26

韓国航空宇宙研究員航空革新技術研究所に設置されたスクラムジェットエンジン実験装置. 正面に見えるシルバー円筒で裏手で仏語送る高温, 高圧の空気を続いて抜き出す. シルバー円筒後にある青色箱に模型エンジンを設置する. - 大田=戦勝民東亜サイエンス記者 enhanced@donga.com 提供

韓国航空宇宙研究員航空革新技術研究所には 30m 長さで竝んでいる人背位太い排気管たちが訪問者に迎える. この排気管は圧縮空気を 1000度が越す温度で加熱してマッハ 5(音速の 5倍)の速度で吹き出す超大型熱風期で, この装置の中に 5分の 1大きさで作られたエンジンを入れて作動可否を確認するのだ. すぐ次世代グックチォウムソック航空機に入って行く ‘スクラムジェット’エンジン開発のための実験施設だ.
ヤングインヤングハングウヨン先任研究員は “音速 5倍速度で水素, 航空油など多様な燃料で火点しさせる実験をしたが, 何回成功した”と言った.
●ソウル‾LA 1時間ぶりに未来型航空機エンジンという ‘ラムジェット’ ‘スクラムジェット’ 技術を確保するために全世界が熱をあげている. スクラムジェットエンジンは現在マッハ 3‾4の速度で付く超音速飛行機の速度をもっと早くする特殊エンジンだ. このエンジンを使えば理論的には音速の 24倍である時速 2万9000kmまで払うことができる. ラムジェットエンジンは最高マッハ 15の速度を出すエンジンでスクラムジェットエンジンに比べて遅いが, スクラムジェットエンジンに比べて商用化可能性がもっと大きいと思う技術だ.
これら技術が常用化される場合ソウル‾アメリカ LAの間飛行時間を 1時間台に減らすことができるし天文学的費用が入って行く人工衛星打ち上げ費用も 10%台に大幅に節減されることで見ている. また既存ロケットは燃料火点しのために巨大なサンソトングをぶら下げて飛行をしなければならない一方このエンジンは燃焼に使う酸素を自体吸いこむから装備の重さを半分以下で減らすこともできる.
現在世界最高速度で付く飛行機はこのような技術を利用してアメリカ航空宇宙国(NASA)が開発した ‘Xシリーズ航空機’だ. 2004年 NASAはマッハ 10の速度を出す実験用飛行機 X43を開発した. 最近 NASAは速度をちょっと減らす代わりに飛行時間をふやすのに研究の焦点を合わせている. その結果 NASAは先月 X51Aという航空機を公開した. この航空機はマッハ 5.1の速度で 3分 30秒間飛行するのに成功した.
●ハングウヨン, KAIST など先進国ぐっと追い討ちスクラムジェットエンジン研究の先頭走者はアメリカ, オーストラリア, ドイツ, フランス, 中国, 日本などだ. しかし航空産業分野が脆弱な我が国も最近多様な研究結果を出して先進国をぐっと追い掛けている.
2007年からスクラムジェットエンジン研究を始めたハングウヨンは今年からスクラムジェットエンジンとロケットエンジンを一つで合する ‘ロケット基盤型融合エンジン(RB-CC)’ 研究を始めた. スクラムジェットエンジンを利用する飛行機は普通一般エンジンで音速まで加速した後スクラムジェットエンジンを利用して超音速で動く. しかしこんなにエンジン二つを使えば飛行效率が落ちるという短所がある. このためにエンジンを一つで合するというのだ.
KAISTは国防科学研究所(ADD) 未来推進センターとともにハングウヨンと似ている形態の謀議エンジン実験施設を取り入れて研究に取り掛かった. ヘリウムガスを 100気圧以上の圧力で圧縮してから噴き出しながら高温, 高圧の空気流れを作る実験施設だ.
韓国航空隊もスクラムジェットエンジン研究に跳びこんだがまだまだは理論研究に集中している状況だ. しかし新遵守・ソングホングギェ航空隊航空宇宙及び機械工学と教授チームは先月 30日釜山で開かれた韓国推進工学会春季学術大会でスクラムジェットエンジンの原型である ‘ラムジェットエンジン’に対する数値解釈研究結果を発表したりした.
ヤングインヤングハングウヨン研究員は “スクラムジェットエンジンは宇宙発死体補助動力でも使うことができて活用価値が高い位, 国家基盤技術確保次元でたゆまぬ研究が必要だ”と言った.

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차세대 추진장치 ‘스크램제트 엔진’ 연구 활발

한국항공우주연구원 항공혁신기술연구소에 설치된 스크램제트 엔진 실험장치. 정면에 보이는 은색 원통으로 뒷편에서 불어 보내는 고온, 고압의 공기를 계속해서 뽑아낸다. 은색 원통 뒤에 있는 푸른색 상자에 모형 엔진을 설치한다. - 대전=전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com 제공

한국항공우주연구원 항공혁신기술연구소에는 30m 길이로 늘어서 있는 사람 키만큼 굵은 배기관들이 방문자를 맞는다. 이 배기관은 압축공기를 1000도가 넘는 온도로 가열해 마하 5(음속의 5배)의 속도로 뿜어내는 초대형 열풍기로, 이 장치 속에 5분의 1크기로 만들어진 엔진을 넣고 작동 여부를 확인하는 것이다. 바로 차세대 극초음속 항공기에 들어가는 ‘스크램제트’엔진 개발을 위한 실험시설이다.
양인영 항우연 선임연구원은 “음속 5배 속도에서 수소, 항공유 등 다양한 연료로 점화시키는 실험을 했는데, 여러 번 성공했다”고 말했다.
●서울~LA 1시간 만에 미래형 항공기 엔진이라는 ‘램제트’ ‘스크램제트’ 기술을 확보하기 위해 전 세계가 열을 올리고 있다. 스크램제트 엔진은 현재 마하 3~4의 속도로 나는 초음속 비행기의 속도를 더 빠르게 만드는 특수 엔진이다. 이 엔진을 사용하면 이론적으로는 음속의 24배인 시속 2만9000km까지 낼 수 있다. 램제트 엔진은 최고 마하 15의 속도를 내는 엔진으로 스크램제트 엔진에 비해 느리지만, 스크램제트 엔진에 비해 상용화 가능성이 더 크다고 보는 기술이다.
이들 기술이 상용화될 경우 서울~미국 LA간 비행시간을 1시간대로 줄일 수 있고 천문학적 비용이 들어가는 인공위성 발사비용도 10%대로 대폭 절감될 것으로 보고 있다. 또 기존 로켓은 연료 점화를 위해 거대한 산소통을 매달고 비행을 해야 하는 반면 이 엔진은 연소에 쓰는 산소를 자체 흡입하기 때문에 장비의 무게를 절반 이하로 줄일 수도 있다.
현재 세계 최고 속도로 나는 비행기는 이 같은 기술을 이용해 미국 항공우주국(NASA)이 개발한 ‘X시리즈 항공기’다. 2004년 NASA는 마하 10의 속도를 내는 실험용 비행기 X43을 개발했다. 최근 NASA는 속도를 좀 줄이는 대신 비행시간을 늘리는 데 연구의 초점을 맞추고 있다. 그 결과 NASA는 지난달 X51A라는 항공기를 공개했다. 이 항공기는 마하 5.1의 속도로 3분 30초 동안 비행하는 데 성공했다.
●항우연, KAIST 등 선진국 바짝 추격 스크램제트 엔진 연구의 선두주자는 미국, 호주, 독일, 프랑스, 중국, 일본 등이다. 그러나 항공산업 분야가 취약한 우리나라도 최근 다양한 연구결과를 내놓으며 선진국을 바짝 뒤쫓고 있다.
2007년부터 스크램제트 엔진 연구를 시작한 항우연은 올해부터 스크램제트 엔진과 로켓엔진을 하나로 합치는 ‘로켓기반형 융합엔진(RB-CC)’ 연구를 시작했다. 스크램제트 엔진을 이용하는 비행기는 보통 일반 엔진으로 음속까지 가속한 뒤 스크램제트 엔진을 이용해 초음속으로 움직인다. 그러나 이렇게 엔진 두 개를 사용하면 비행 효율이 떨어진다는 단점이 있다. 이 때문에 엔진을 하나로 합치겠다는 것이다.
KAIST는 국방과학연구소(ADD) 미래추진센터와 함께 항우연과 비슷한 형태의 모의 엔진실험 시설을 도입하고 연구에 착수했다. 헬륨가스를 100기압 이상의 압력으로 압축했다가 터뜨리면서 고온, 고압의 공기흐름을 만드는 실험시설이다.
한국항공대도 스크램제트 엔진 연구에 뛰어들었지만 아직까지는 이론연구에 집중하고 있는 상황이다. 그러나 신준수·성홍계 항공대 항공우주 및 기계공학과 교수팀은 지난달 30일 부산에서 열린 한국추진공학회 춘계학술대회에서 스크램제트 엔진의 원형인 ‘램제트 엔진’에 대한 수치해석 연구결과를 발표하기도 했다.
양인영 항우연 연구원은 “스크램제트 엔진은 우주발사체 보조동력으로도 쓸 수 있어 활용가치가 높은 만큼, 국가기반기술 확보 차원에서 꾸준한 연구가 필요하다”고 말했다.

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