로터리 엔진

독일의 기술자 펠릭스 반켈이 고안한 내연기관.

  자세한 내용은 반켈 엔진 문서 참고하십시오.

미국의 LiquidPiston 사가 만든 로터리 엔진. 2020년 미군과의 보조전원 개발, 그리고 차세대 드론 엔진 계약을 따냈다. 아무 연료, 예를 들어서 Jet-A을 집어넣든, JP8을 집어넣어도 구동되며, 로터리 엔진의 특성과 더불어 크기도 작다는 게 장점이다.[1] 물론 압축비도 남다른데, 디젤 사이클이 최대 24:1의 비율로 압축된다면, 이건 26:1로 압축된다.


최고로 작게 만든, 그리고 상용화 된 LiquidPiston X-Engine Mini가 이 정도 크기다.[2] 그래서 M777 155mm 곡사포에 붙인 보조 전원의 크기가 사람이 들고 다닐 만큼 작다. 그래서 기존 트레일러에 싣고 다녀야 하는 보조 전원이 아닌 달랑 2명이서 보조 전원을 들고 다닐 수 있게 됐다.

Radial engine.

실린더가 크랭크축을 중심으로 원형으로 배치되어 마치 별같이 보이는 왕복엔진. 발명자는 조지 웨스팅하우스. 이러한 형식의 내연기관을 로터리 엔진이라고 부르기도 하지만 지금은 성형엔진[A]이나 레디얼 엔진이라고 부르는 경우가 더 많다. 현대에는 로터리 엔진이라고 하면 주로 1번 항목을 지칭하기 때문이다.

로터리 엔진이라고 부른 이유는 간단한데 제1차 세계 대전 중기까지 사용된 이러한 엔진은 엔진 자체가 회전하면서 동력을 발생시키는 경우가 많았기 때문이다. 실린더가 직접 회전하기 때문에 냉각효율도 높고 무거운 플라이휠이 없어도 별모양으로 늘어선 실린더의 무게가 RPM을 일정하게 유지해주는 기능도 했다. 다만 실린더의 밸브를 열어 연소가스를 곧장 대기중에 방출하는 구조 때문에 윤활유 소모가 어마어마했고 열효율도 나빴으며, 결정적으로 엔진자체가 회전하는 구조상 엔진의 회전질량이 크기 때문에 생기는 토크와 자이로 효과때문에 항공기 조종이 매우 어려워진다는 크나큰 단점이 있어 전쟁 이후에는 엔진을 고정시키고 축만 회전시키는 방식으로 개선되었다. 따라서 이 시기 이후로는 '로터리 엔진' 대신 '래디얼[5] 엔진'이라고 부른다.

이 래디얼 엔진의 가장 큰 장점은 별도의 복잡한 냉각장치가 필요 없다는 점이다.[6] 직렬 엔진이나 V형 엔진은 실런더가 배열된 방향 문제로 프로펠러의 후류를 이용한 냉각 효율이 크게 떨어지지만[7] 이러한 형태의 엔진은 프로펠러의 바로 뒤에 모든 실린더가 원형으로 배치되어 프로펠러의 후류를 이용한 냉각 효율이 대단히 높다. 덕분에 냉각 계통이 손상되면 엔진의 성능이 크게 떨어지거나 아예 정지하는 수랭식보다 내구성이 뛰어나고, 별도의 냉각 계통을 설치할 필요가 없고 크랭크축의 길이도 짧아져 저출력 소형 엔진일 때 특히 가벼워진다는 장점이 있다.

물론 단점도 존재한다. 가장 대표적인 것은 엔진의 면적. 실린더가 방사형으로 배열되므로 정면 단면적이 넓어지게 되고, 때문에 차량이나 항공기에 장착할 때 엔진의 폭과 높이를 고려해야 하는 등[8] 설계하기 까다로운 부분이 생기게 된다. 항공기의 경우 기수의 스피너와 카울링 형상을 날카롭게 다듬을 수 있는 직렬/V형 등 수랭식 대비 공기 저항이 증가한다는 단점과 군용일 경우 피탄 면적이 넓어진다는 단점도 존재한다. 이 정면 면적을 무작정 늘릴 수 없으므로 9기통을 넘어가는 대형 성형 엔진은 무조건 N열로 만들 수밖에 없는데[9], 이러다 보면 기껏 줄인 크랭크축 길이가 도로 늘어나고 수랭식 대비 뒤떨어진 냉각 효율 문제[10]로 엔진 동력을 소모하는 별도의 냉각팬(Cooling fan)을 달거나 엔진의 중량이 도로 늘어나게 된다.[11][12]

제2차 세계 대전까지만 해도 높은 내구도와 고출력 엔진을 공랭으로 만들 수 있어 맷집 덕분에 아예 헤드온시 파일럿을 가리는 장갑 역할도 하며 현역으로 쓰였다.[13] 실제로 래디얼 엔진을 장착한 비행기는 공격을 받고 실린더 몇 개가 망가진 상황에서도 털털거리면서 많이들 무사히 착륙했다. 물론 가스터빈 엔진이 나오고 난 이후로는 군용이나 상업용으로는 사실상 전멸했고, 가볍고 간단하다는 구조 덕에 민간용 경비행기 정도에 쓰이며 명맥이 이어지고 있다.

미국에서는 항공기 외에도 전차용 엔진을 따로 개발할 시간이 부족해 항공기 분야에서 검증된 이런 성형엔진을 전차에 탑재했다.[14]

소련에서는 성형 디젤 엔진 여러개를 직렬로 주욱 이은(...) 42기통 직렬성형디젤 야코블레프 M-501, 즈베즈다 M-503/504를 생산한 바 있다.[15]