엔진의 역사 (헤론 터빈에서 제트 엔진까지)

엔진의 역사 (헤론 터빈에서 제트 엔진까지)

$28.00
Description
세계 유일의 반작용식 스팀 터빈을 발명한 저자가
2000여 년간 이어져온 엔진의 발달 과정과 작동원리를
상세히 설명한 엔진 입문 교양서!
손을 사용하지 않고 물체를 움직이고자 한 인류의 오랜 꿈을 실현해준 도구, 엔진! 『엔진의 역사』는 고대 그리스의 헤론 터빈 이후 현대의 제트 엔진까지 2000여 년간 이어져온 엔진의 발달 과정과 그 작동원리를 ‘넓고 깊게’ 알려주는 책이다.
산업혁명의 동력이 된 스팀 엔진을 비롯해 자동차의 내연기관인 오토사이클 엔진, 우주 개발을 견인하는 로켓 엔진, 항공기에 사용되는 제트 엔진 등 우리가 알고 있는 수많은 종류의 엔진들은 주로 유럽과 미국 등 서양에서 발명되어 개량되었고, 그 어느 것 하나 우리나라나 동양에서 발명되어 발전된 것이 없다. 그래서일까? 엔진의 종류에 따른 개별적인 발달사를 소개하는 책들은 간간이 있었지만 이렇게 서로 다른 엔진들의 전반적인 통사(通史)와 작동원리를 알기 쉬우면서도 깊이 있게 풀어 쓴 책은 외국에서도 그 예를 찾기가 힘들다. 엔진에 관심은 있지만 지나치게 전문적이거나 또는 제한된 내용이어서 아쉬움을 느끼던 학생들과 일반 독자들, 이 분야의 연구에 종사하는 사람들을 위해 쓴 『엔진의 역사』 출간이 반가운 이유이다.
저자

김기태

서울대학교문리대수학과를졸업하고미국네브래스카대학교대학원에서고체물리학을전공했다.미국시카고Sherwin-Williams사의중앙연구소연구원,캘리포니아GuidanceTechnology사의연구개발실장을거쳐일본롯데전자상무,㈜아신전기사장,말레이시아V-SAshinCorporation사장등을지냈다.2011년부터HK-Turbine사의회장으로왕성하게활동하고있다.
엔진전문가로서헤론-김터빈,김로터리엔진등을발명했으며그에관한국내특허와국제특허를다수취득하였다.상공부장관상과동탑산업훈장을받은바있다.지은책으로는『유쾌한물리학』(우수과학도서),『물리학의진로를바꾼40가지위대한실험들』,『히스토리오브미스터리(TheHistoryofMystery)』등이있다.

목차

들어가는글창의적이고더욱발전된새로운엔진을기다리며7

1장고대에서제임스와트까지
엔진의정의15
증기기관의발달19
제임스와트27

2장스팀엔진의이용(I)
공장의동력원37
교통기관으로의발전39
증기자동차/증기기관차와철도의등장/역사적인증기기관차들
리처드트레비식49조지스티븐슨52

3장스팀엔진의이용(II)
증기선의출현과발달61
증기선의상용화65

4장보일러
보일러의특징77
보일러의이용82
연관보일러/수관보일러/보일러에사용하는물처리

5장와트이후의증기기관의발달
고압피스톤식스팀엔진91
로터리식스팀엔진95
율엔진/이브엔진/제임스와트엔진과채프먼엔진/파펜하임엔진/빌엔진/이중슬라이드피스톤로터리엔진/쿨리엔진

6장스털링엔진과또다른대기압엔진
스털링엔진109
작동원리111
대기압외연엔진115
작동원리115

7장스팀터빈
스팀터빈의역사119
스팀터빈의개량과발전122
드라발터빈과파슨스터빈/헤론-김터빈
구스타프드라발123찰스파슨스124

8장내연기관(I)
역사적배경139
오토사이클엔진144
4행정엔진의작동원리/2행정엔진의작동원리
디젤엔진150
디젤엔진의특징/세계에서가장큰디젤엔진
니콜라우스오토144카를벤츠145루돌프디젤150

9장내연기관(II)과로터리엔진
그밖의내연기관157
앳킨슨엔진/6행정엔진
로터리내연엔진163
방켈엔진/김로터리엔진/앳킨슨로터리엔진

10장자동차의역사
자동차의발달175
자동차의대중화182
헨리포드182

11장로켓엔진
로켓엔진의역사195
로켓의연료와추진197
고체연료로켓/액체연료로켓/분출가스의추진효율/최초로액체연료를사용한V-2로켓
로켓을만든사람들210
로버트고더드210베른헤르폰브라운216

12장제트엔진
제트엔진의역사225
제트엔진의작동229
제트엔진의종류233
터보제트엔진/터보프롭엔진/터보팬엔진/터보샤프트엔진/램제트엔진
프랭크휘틀226한스폰오하인227

13장수차와수력터빈
재생가능한에너지241
수차의발달243
수차와수력터빈250
펠턴수차/슈밤크루그터빈/방키터빈/프랜시스터빈/카플란터빈/여러형태의프로펠러식터빈

14장풍차와풍력터빈

풍차의형태265
풍력터빈의종류270
프로펠러형풍력터빈/수직축형풍력터빈/기발한형태의풍력터빈
현대식풍력터빈의발달286

부록‘Betz의법칙’에대한재검토293
그림출처311

출판사 서평

엔진은어떻게진화해왔는가?
엔진이바꾼인류의미래

엔진이란무엇일까.저자는엔진의역사를이야기하기전에엔진의정의부터밝히는것이순서라고말한다.엔진은열,전기,수력등으로부터입력되는에너지를기계적인운동에너지로변환시키는장치이다.영어에서는엔진(Engine)과모터(Motor)가유사하게쓰이고있으나원래엔진이란연료를직접사용하여운동에너지를발생시키는장치이고,모터는전기모터처럼그입력원이되는에너지가연료를사용하여일단다른형태로바뀐에너지를사용하는기기이므로이책에서는엔진이라는단어를쓰고있다.
처음도구를만든인류가다음으로한생각은손을대지않고도도구가자동으로일을해줄수는없을까하는것이었다.사람들은물을끓이면발생하는증기에주목했다.곧일정한용기에물을담아가열하면증기가발생하면서용기내의압력이용기바깥의공기압력보다높아지는데이압력차를이용하면물체를움직이는것이가능하다.이것이바로스팀엔진(증기기관)의원리이다.
저자는이러한엔진의기원을고대그리스에서찾았다.기원전2세기경알렉산드리아지방에서활동하던발명가헤론(HeronofAlexandria)이고안한‘에올리필(Aeolipile)’이그것이다.‘헤론터빈’이라고도불리는이장치는증기가내뿜는힘으로구체(球?)가돌아가도록되어있는데이엔진의아이디어가실제로사용된것은그로부터1500년이지난뒤였다.많은사람들이스팀엔진의연구에뛰어들면서마침내산업과접목된스팀엔진이완성되었고이는18세기산업혁명을견인한주역이되었다.
이후스팀엔진을대체할동력원으로내연기관과전기모터등이나왔고1884년에발명된스팀터빈은스팀엔진의쇠퇴에도불구하고현재까지전세계전력생산의기본동력원이되고있다.20세기초에비약적으로발전한오토사이클엔진을장착한자동차는이제우리가살아가는데없어서는안될필수품이되었으며,제2차세계대전중발명되어실용화한제트엔진여객기들은오늘날수많은사람들을세계곳곳으로실어나르며지구전체를하나의생활권으로만들었다.
저자는우리에게잘알려지지않은엔진의역사를하나하나돌아보면서도그중심에선발명가와기술자들을빼놓지않았다.‘증기기관의아버지’라불리는제임스와트를비롯해가장처음고압스팀을이용한엔진을만든리처드트레비식과조지스티븐슨,스팀터빈의발전에획기적인공을세운구스타프드라발과찰스파슨스,내연기관발달의공로자인니콜라우스오토와루돌프디젤,로켓을만든로버트고더드와베른헤르폰브라운,제트엔진을발명한프랭크휘틀과한스폰오하인을통해그들이어떻게새로운엔진을만들수있었는지,그배경은무엇이고용도는어떠했는지등을세심히살폈다.그리고이러한엔진들이바꿔온세상의모습을경이롭게바라보았다.

실제로엔진을발명한전문가가
엔진의작동원리를설명하다

저자는‘헤론-김터빈’과‘김로터리엔진’등을발명하고국내외수십건의특허를취득한엔지니어로아예터빈회사를설립해지금도현직에서활동하고있다.그래서인지저자가설명하는엔진의작동원리는매우정교하면서도전문적이다.특히기계공학적인부분이나역학과물리학의전문적인지식이요구되는부분은되도록피하면서도원리적으로그엔진이가진특성을잘이해할수있게해준다.
이책을읽는학생들이나일반독자들은수많은유용한그림(사진)자료들과함께서로다른종류의엔진들이어떻게작동하는가를어렵지않게이해할수있을것이다.제트엔진은어떻게작동하며왜자동차엔진보다월등히큰출력을내는지,스털링엔진은스팀엔진이나오토사이클엔진과달리연료효율이높고폐열을이용할수있는이점이있음에도왜실용화가어려운지등도알게될것이다.또풍력터빈이라고하면주로날개가3개인프로펠러식터빈만있는것으로생각하기쉬우나기발한형태의여러풍력터빈도존재한다는것을이책을통해확인할수있을것이다.그외에실제저자가발명한순반작용식스팀터빈과로터리엔진도소개하였는데이는새로운아이디어를가지고엔진을발명하려는사람들에게풍부한통찰력을가질수있도록도와줄것이다.
마지막으로저자는우리젊은이들이,한글을창안하고금속활자를세계에서가장먼저만든선조들의창의력을이어받아앞으로더욱발전된새로운동력원을개척해나갈것을애정어린마음으로주문한다.

연구자들을위해미발표논문
「Betz의법칙에대한재검토」를특별공개하다

‘Betz의법칙’이란독일의물리학자알베르트베츠(AlbertBetz,1885~1968)가1919년에발표한논문에서제시한개방형프로펠러식풍력터빈의효율의이론적한계를말한다.이이론에따라지난100년간풍력터빈의효율은Betz의한계인59.3퍼센트를넘을수없는것으로인정되어왔다.저자는그간여러종류의터빈을연구하는과정에서유독풍력터빈만이이렇게낮은효율의한계를갖는것에의문을가졌는데이는저자가Betz의법칙의유도과정을다시상세히검토하게된동기가되었다.그결과,저자는Betz가논문의수식(數式)을유도하는과정에서설정한가정들에근본적인오류가있고또그유도과정에서도잘못된속도를대입하였음을알게되었다.
저자는‘Betz의법칙’이그동안(모든)터빈의효율의이론적인수식유도에관한효시이고상징이었으므로그의이름을딴법칙을부정하는의미의이논문이너무나의외이고중요한결과로받아들여질수있기에발표를미루어왔으나,이러한한계가잘못되었다는것을연구원들이이해하게된다면앞으로더효율이높은풍력터빈을개발할수있으리라는희망과의욕이높아질것이라믿어책의말미에먼저발표하게되었으며곧〈미국기계공학지(ASME:AmericanSocietyforMechanicalEngineering)〉에투고할예정이라고한다.