하이브리드 전기 엔진으로 초음속 시대 연다

영국 전기동력 전문기업 ‘헬릭스’와 미국 초음속 항공우주 스타트업 ‘아스트로 메카니카’가 협력해 장거리 초음속 비행을 위한 하이브리드 전기 엔진을 개발했다고 과학전문매체 인터레스팅엔지니어링이 최근 보도했다.

이번에 개발된 전기 엔진 시스템은 ‘듀얼리티(Duality)’로, 마하3 급 장거리 초음속 비행을 목표로 설계됐다. 이 엔진은 기존 제트엔진과 달리 터빈 발전기 코어와 여러 개의 고출력 전기 모터를 결합해 압축기와 팬 단계를 가스 터빈에서 분리시켰다.

상업용 초음속 비행을 위한 새로운 제트 엔진이 개발됐다. (출처=헬릭스/아스트로 메카니카)

비행 속도에 따라 엔진 모드 전환 가능

이 시스템은 초음속 항공기의 가장 시급한 과제 중 하나인 연료 효율을 높이도록 설계됐다. 4세대 시제품은 SPX242-94 전기 모터 4개를 사용해 2단 압축기를 구동한다. 각 모터는 무게가 31.3㎏에 불과하나 최대 400킬로와트(kW) 출력과 470Nm 토크를 낸다. 이 같은 높은 중량 대비 출력 성능 덕분에 추진기는 초음속 기류의 극한 요구 조건을 충족할 수 있으며, 모터는 300kW·286Nm를 지속적으로 유지해 안정적인 추력을 제공한다.

하이브리드 전기 엔진 구조는 비행 속도에 따라 엔진 모드를 전환할 수 있도록 설계됐다. ▲마하 0.8 이하의 아음속 조건에서는 터보팬 모드 ▲마하 1~2 수준의 저초음속에서는 터보제트 ▲마하 2 이상의 초음속에서는 램제트 엔진으로 전환할 수 있다. 이런 유연성은 다양한 비행 조건에서 효율성을 극대화하는 데 도움이 되며, 이륙부터 마하 3 이상의 속도까지 효과적으로 작동하도록 돕는다.

새로운 모터는 발전기 모드와 추진 모드 모두에서 900kW의 지속 출력을 제공하며, 최대 2만rpm에서 950kW까지 도달할 수 있다. 최대 토크는 575Nm에 달한다.

헬릭스에 따르면, 극한 환경에서도 안정적인 성능을 보장하기 위해 고고도 운용에 특화된 새로운 모터 절연 시스템이 채택됐다고 설명했다. 헬릭스는 현재 아스트로 메카니카의 5세대 추진 시스템용 맞춤형 모터를 개발 중이다.