아이올리파일

아이올리파일(aeolipile), 또는 헤론의 기관으로도 알려진 이 장치는 중앙의 물통이 가열되면 회전하는 간단한 블레이드 없는 방사형 증기 터빈이다. 터빈에서 분출되는 증기 제트에 의해 돌림힘이 발생한다. 그리스계 이집트인 수학자이자 공학자인 헤론은 1세기 AD에 이 장치를 설명했으며, 많은 자료에서 그를 발명가로 인정한다. 그러나 비트루비우스는 그의 데 아키텍투라()에서 이 기구를 처음으로 설명했다.Kirk, William. "The geographical significance of Vitruvius’ de architectura." Scottish Geographical Magazine 69.1 (1953): 1-10. 한국어로는 기력계(汽力計), 기력솥으로 번역된다.

아이올리파일은 최초의 기록된 증기기관 또는 반동 증기 터빈으로 여겨지지만, 실용적인 동력원이 아니며 산업 혁명 동안 발명된 증기기관의 직접적인 선구자도 아니다."This toy [Aeolipile] was not the forerunner of any real steam engine, then or later. Such devices represent technical ingenuity but not technological progress." See A. G. Drachmann, The Classical Civilization, pp. 55–56.

이름은 고대 그리스어 이름 Αἴολος와 라틴어 단어 pila에서 파생되었으며, 문자 그대로 아이올루스의 공으로 번역된다. 아이올루스는 공기와 바람의 그리스 신이다.

아이올리파일(측면도에 묘사됨)은 증기를 사용하여 작업을 수행하기 때문에 미국 해군 보일러 기술병 직급의 상징으로 사용되며, 이전의 수상병, 보일러 제작자 및 보일러 관리병 직급에서도 마찬가지였다.

물리학
섬네일|아이올리파일의 교실용 모형
아이올리파일은 일반적으로 반대 방향으로 구부러지거나 휘어진 노즐이 외부로 돌출된 구형 또는 원통형 용기로 구성된다. 이것은 자체 축을 중심으로 회전하도록 설계되었다. 용기가 증기로 가압되면 가스가 노즐 밖으로 분출되어 뉴턴 운동 법칙의 2법칙과 3법칙의 결과로 로켓 엔진 원리Aeolipile에 의해 추진력을 생성한다. 서로 다른 방향을 가리키는 노즐이 베어링의 축에 수직인 서로 다른 작용선에 따라 힘을 생성할 때, 이 추진력은 회전 모멘트(기계적 짝힘) 또는 돌림힘을 유발하여 용기가 축을 중심으로 회전하게 한다. 공기 역학적 항력과 베어링의 마찰력은 회전 속도(분당 회전수)가 증가함에 따라 빠르게 증가하고 가속 돌림힘을 소모하여 결국 이를 상쇄하고 정상 상태 속도에 도달한다.

일반적으로 헤론이 이 장치를 설명했듯이 물은 회전하는 용기의 스탠드 일부를 구성하는 간단한 보일러에서 가열된다. 이런 경우 보일러는 한 쌍의 파이프로 회전하는 챔버에 연결되며, 이 파이프는 챔버의 피봇 역할도 한다. 또는 회전하는 챔버 자체가 보일러 역할을 할 수도 있으며, 이 배열은 증기가 통과할 필요가 없으므로 피봇/베어링 배열을 크게 단순화한다. 이는 여기에 표시된 교실 모형의 삽화에서 볼 수 있다.

역사
섬네일|right|헤론의 《프네우마티카》 삽화
헤론과 비트루비우스는 모두 프톨레마이오스 왕국 알렉산드리아의 발명가이자 수학자였던 크테시비우스(기원전 285–222년, Ktēsíbios 또는 Tesibius로도 알려짐)의 훨씬 이전 작업에 기반을 두고 있다. 그는 압축 공기 과학과 펌프에서의 그 사용에 대한 최초의 논문을 썼다.

비트루비우스의 설명
비트루비우스(기원전 80년경 – 기원전 15년경)는 아이올리파일을 다음과 같이 언급한다:

헤론의 설명
헤론(서기 10년경 – 70년경)은 더 실용적인 접근 방식을 취하여 제작 방법을 설명한다:

실용적 사용
섬네일|right|헤론의 아이올리파일 현대 복제품.
고대에 아이올리파일이 어떤 실용적인 용도로 사용되었는지는 알려져 있지 않으며, 실용적인 장치, 기발한 신기한 물건, 숭배의 대상, 또는 다른 어떤 것으로 여겨졌는지도 불분명하다. 한 자료는 이를 고대 그리스인들에게 단순한 호기심 또는 "파티 장난"으로 묘사했다. 헤론의 그림은 독립형 장치를 보여주며, 아마도 《프네우마티카》에 묘사된 다른 많은 장치들처럼 "신전의 경이로움"으로 의도되었을 것이다.

반면에 비트루비우스는 아이올리파일이 날씨의 물리적 특성을 시연하는 데 사용되었다고 언급한다. 그는 이를 다음과 같이 묘사한다:

장치의 구조를 설명한 후(위 참조) 그는 결론을 내린다:

섬네일|그리스 아테네의 코차나스 고대 그리스 기술 박물관에 있는 헤론의 아이올리파일 대형 복제품.
1543년, 스페인 해군 과학자이자 함장인 블라스코 데 가라이는 카를 5세와 고위 관리들로 구성된 위원회 앞에서 바람이 없을 때 큰 배를 추진할 수 있는 발명품을 시연했다고 전해진다. 이 장치는 구리 보일러와 배의 양쪽에 움직이는 바퀴로 구성되었다. 이 기록은 시만카스의 스페인 왕립 문서 보관소에 보존되어 있다. 데 가라이는 헤론의 아이올리파일을 로마 보트와 후기 중세 갤리선에서 사용된 기술과 결합했다고 제안된다. 여기서 데 가라이의 발명품은 아이올리파일이 실용적인 용도로 사용될 수 있는 혁신을 도입했는데, 이는 패들휠에 동력을 생성하여 증기선 운항의 가능성을 보여주었다. 이 주장은 스페인 당국에 의해 부인되었다.Museo Naval, Catálogo guia del Museo Naval de Madrid, IX edición, Madrid, 1945, page 128.

 같이 보기 

 캐서린 휠 (불꽃놀이)
 로켓 엔진
 제그너 휠
 증기기관
 증기 기관차
 증기 로켓
 팁 제트

 각주 

더 읽어보기

분류:기술사
분류:로켓 엔진
분류:산업 디자인
분류:증기기관
분류:초기 로켓공학
분류:고대의 발명품
분류:고대 이집트의 기술