제로 스테이지

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제트 엔진과 기타 가스터빈 엔진은 압축기 전면에 제로 스테이지(때로는 '0' 스테이지)^[1]를 추가함으로써 상향 조정되는 경우가 많다.^[2]주어진 코어 크기에서 컴프레서 전면에 스테이지를 추가하면 사이클 전체 압력 비율이 증가할 뿐만 아니라 코어 질량 흐름도 증가한다.추가 상승은 이전에 추가된 0 단계 앞에 다른 단계를 추가함으로써 이루어질 수 있으며, 이 경우 새로운 단계를 0 단계라고 할 수 있다.

엔진을 획기적으로 재설계하지 않고 기존 엔진을 상향 조정하는 다른 방법과의 비교를 보면, 예를 들어 롤스로이스/SNECMA M45H와 같은 특정 사례에서 추력이 제로 스테이징 l-p 컴프레서로 25% 증가하거나 개선된 HP 터빈 또는 물 주입으로 10% 증가했을 수 있다.^[3]

제로 스테이징은 또한 추진력을 높이거나 터빈 온도를 낮추기 위해 다른 변형과 결합된다.^[4]이는 다음 예에서 볼 수 있듯이 기존 항공기 중량 증가 또는 새로운 적용에 필요할 수 있다.

15단계의 롤스로이스 에이본이 번개 F.1에 동력을 공급했다. 새로운 터빈과 함께 0단계가 추가되었다(총 16단계).카라벨레 6세는 영점 스테이지(총 17 스테이지)가 추가되었다.^[4]

7단계의 스네크마 아타르 D는 미스테레 2호에서 사용되었다.Vautour와 Super Mistere B.2에 사용된 E와 G에 대해 0단계(총 8단계)가 추가되었고, 0단계(총 9단계)는 Mirage III에 사용된 Atar 8과 9에 대해 2단계 터빈과 함께 추가되었다.^[5]

롤스로이스/스네크마 올림푸스 593은 6단 LP 압축기로 시작했다.설계 단계에서 콩코드의 무게가 증가함에 따라 이륙 추력 요건은 증가하였다.이 엔진은 컴프레서에 0단계를 주고, 터빈을 재설계하고, 부분적으로 재가열했다.^[2]

지상 가스 터빈에 대한 제로 스테이징의 예로는 공극성 GE LM2500+^[6]와 중용 GE MS5002B가 있다.^[7]일부 OEM에서 사용하는 제로 스테이징의 대안은 전기 모터에 의해 구동되는 팬으로 컴프레서를 과충전하는 것이다.^[8]

제로 스테이징은 다음과 같은 관계에 의해 증명된다.

${\displaystyle w_{2}=(w_{2}){\sqrt{T_{3}/P_{3}/{3}*({\sqrt {T_{2}/T_{3}}}}*(P_{{2}/{3}}}}})*(P_{{{T_{2}}}}}}},}}}}}}}}}}}}}},},},},},},},},},},}$

여기서:

코어 질량 흐름 = $w{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$ $displaystyle w_{2}\,}$

코어 크기 =${\displaystyle }$( ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle \sqrt{{T\mathrm{}}_{}}}$ ${\displaystyle {}_{}\sqrt{{}_{}}}$/ ${\displaystyle {P\mathrm{}}_{}}$ 3${\displaystyle {}_{}}$) ${\$

코어 총 헤드 압력비 = (${\displaystyle {P\mathrm{}}_{}}$ 3${\displaystyle {}_{}}$/ ${\displaystyle P{}_{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$) ${\$

코어 총 머리 온도 비율 역비 = ${\displaystyle {T\mathrm{}}_{}}$ $2{\displaystyle {}_{}}$/ ${\displaystyle {T\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle 3{}_{}}$ $displaystyle T_{2}/T_{3}\,},$ 즉$$ ( ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {3\mathrm{}}_{}}$/ P ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$ $displaystyle P_{3}/P_{2$

코어 항목 총 압력 = P ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$ $displaystyle P_{2}\,}$

코어 항목 총 온도 = T ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$ $displaystyle T_{2}\,}$

따라서 기본적으로${\displaystyle }$(${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {3\mathrm{}}_{}}$/ P ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$) ${\$이(가) 증가하면$$ w ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$ $displaystyle w_{2}\,}$.

반면 압축기 후면에 스테이지를 추가하면 전체 압력비용이 증가하고 코어 크기는 감소하지만 코어 흐름에는 영향이 없다.또한 이 옵션은 컴프레서를 구동하기 위해 유량이 현저히 적은 터빈을 필요로 한다.

압축기의 제로 스테이징은 샤프트 속도 증가를 의미하기도 한다.

${\displaystyle N_{2}=(N_{2}{\sqrt{T_{3}}}}*({\sqrt{T_{3}}}}},})$

여기서:

HP축 속도 = ${\displaystyle {N\mathrm{}}_{}}$ 2 $displaystyle N_{2}\,}$

HP 컴프레서 "비차원" 속도(출구 총 온도 기준) =${\displaystyle }$( ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {}_{}\sqrt{{}_{}}}$ ${\displaystyle \sqrt{{3\mathrm{}}_{}}}$) ${\$

HP 압축기 출구 총 온도 = $T{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {3\mathrm{}}_{}}$ $displaystyle T_{3}\,}$

따라서 원래 압축기의 "비차원" 속도를 유지하여 ${\displaystyle {T\mathrm{}}_{}}$ 3 $displaystyle T_{3}\$을(를) ${\displaystyle {증가}_{}}$시키려면${\displaystyle {}_{}}$N 2 {\$displaystyle N_{$2}\,}을$$(를) 증가시키십시오$.$ 이는 블레이드와 디스크 스트레스 레벨의 증가를 의미한다.

원래 샤프트 속도가 유지되면 0단계를 추가함에 따른 압력비 및 질량 흐름의 증가가 심각하게 감소한다.

위의 방정식은 HP 압축기를 0으로 고정하는 것을 염두에 두고 작성되었지만, 동일한 접근방식이 LP 또는 IP 압축기에 적용된다.

참조