터보펌프 터빈의 토크 및 시동특성 연구

정은환(Eunhwan Jeong),이항기(Hang-Gi Lee),박편구(Pyun-Goo Park),홍문근(Moongeun Hong),김진한(Jinhan Kim) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회지 Vol.17 No.1

Torque characteristics of a turbopump turbine was analyzed using the turbine performance test result. Specific torque of the subject turbine could be expressed as a linear function of corrected rotor speed at a fixed pressure ratio and it has been confirmed by the test result. It also found that corrected rotor speed-specific torque characteristics does not change anymore if the turbine pressure ratio is set bigger than a certain value. Using the turbine torque characteristics and pyro-starter performance test results, rotational speed development behavior of the turbopump was predicted. Prediction revealed that the lap time reaching 50% of turbopump design speed is less than 0.7 second. Effect of the thermal loss between pyro-starter and turbopump was negligible.

75톤급 액체로켓엔진 터보펌프용 속도복식 터빈개발

정은환(Eunhwan Jeong),이항기(Hang-Gi Lee),박편구(Pyun-Goo Park),김진한(Jinhan Kim) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회지 Vol.15 No.3

A velocity-compounded(VC) turbine of the 75ton turbopump was developed as an improved performance backup for a single-rotor base-line turbine. Curvic coupling was used for the connection between rotors and shaft. High temperature torsion test and spin test was performed for the curvic coupling design validation. Aerodynamic performance test revealed that the developed VC turbine can generate 20.5% higher specific power than the base-line turbine. It has been measured that 1<SUP>st</SUP> rotor of the subject turbine generates 74.1% of total power at design operating condition.

터보펌프 터빈의 토크 및 시동특성 연구

정은환(Eunhwan Jeong),이항기(Hang-Gi Lee),박편구(Pyun-Goo Park),홍문근(Moongeun Hong),김진한(Jinhan Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

75톤 추력급 터보펌프 터빈의 토크 특성을 성능시험 데이터를 바탕으로 분석하였다. 터빈의 비토크는 해석적으로 고정된 압력비에서 보정 선속도의 일차함수로 표현되며 이를 시험적으로 확인하였다. 일정 압력비 이상의 영역에서는 보정선속도-비토크 변화가 일정하게 나타나는 현상도 아울러 발견하였다. 분석된 토크 특성과 파이로 시동기의 시험 측정 데이터를 이용하여 터보펌프의 시동특성을 예측한 결과 터보펌프 설계회전수의 약 50%의 수준에 이르는 시간은 0.7초 이내인 것으로 나타났다. 파이로 시동기에서 터빈입구까지의 열손실은 최대회전수를 약 90 rpm 줄어들게 하는 것으로 예측되었다. Torque characteristics of a 75-tonf turbopump turbine was analyzed using the turbine performance test result. Specific torque of the subject turbine could be expressed as a linear function of corrected rotor speed at a fixed pressure ratio and it has been confirmed by the test result. It also found that corrected rotor speed-specific torque characteristics does not change anymore if the turbine pressure ratio is set bigger than a certain value. Using the turbine torque characteristics and pyro-starter performance test results, rotational speed development behavior of the turbopump was predicted. Prediction revealed that the lap time reaching 50% of turbopump design speed is less than 0.7 second. Effect of the thermal loss between pyro-starter and turbopump was negligible.

75톤급 액체로켓엔진 연소시험 중 연료펌프 특성

정은환(Eunhwan Jeong),김대진(Dae-Jin Kim),최창호(Chang-Ho Choi) 한국항공우주학회 2019 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2019 No.11

75톤급 액체로켓 엔진 터보펌프 터빈의 성능특성연구

정은환(Eunhwan Jeong),이항기(Hang-Gee Lee),박편구(Pyun-Goo Park),김진한(Jinhan Kim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.5

75톤급 개방형 액체로켓용 터보펌프 터빈의 성능시험을 수행하였다. 넓은 압력비와 회전수 영역에서 터빈의 출력을 측정하였으며 이를 통해 터빈로터 전후의 유동특성을 파악하였다. 이와 함께 터빈의 효율 변화 및 측정된 로터입구의 압력을 기 개발된 30톤급 터빈과 비교하여 설계 의도에 부합되는 향상된 성능의 동익을 재설계하였다. Performance test of the 75ton class turbopump turbine was performed. Through the turbine power measurement in the wide-range operational conditions, velocity ratio, total pressure loss, and relative flow angle characteristics was quantified. Efficiency and nozzle exit pressure behavior was also investigated and compared with 30ton turbopump turbine data. A rotor blade was redesigned based on the test results and CFD analysis.

터보펌프용 커빅커플링의 개발

정은환(Eunhwan Jeong),윤석환(Suk Hwan Yoon),김진한(Jinhan Kim) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5

본 연구에서는 커빅커플링의 설계, 구조해석, 고온 비틀림시험 및 실형상 축-디스크를 제작/조립성 검토를 통해 터보펌프 터빈에의 적용 가능성을 타진하였다. 커플링의 치형은 Gleason 치형을 기본형상으로 하여 설계운용조건의 1.5배의 토크값을 기준으로 설계를 진행하였다. 구조해석 및 고온비틀림 시험을 통해 하중조건하의 안정성을 확인하였으며 특히 비틀림시험 후 커플링의 변형은 미미함을 확인하였다. 커빅커플링을 적용한 실형상 디스크 제작 및 조립시험을 통해 설계요구조건을 하회하는 디스크의 외주 및 축방향 흔들림 그리고 조립재현성을 확인하였다. Development of a curvic-coupling was presented in this paper. The research covers design, structural analysis, hot-temperature-torsion-test, curvic-coupling applied proto-type turbine disk manufacturing, and assembly test of a curvic-coupling rotor system for the turbopump application. Curvic-coupling was designed based on the Gleason-standard-tooth shape. The load capability of the designed curvic coupling was validated by the structural analysis and hot-temperature-torsion-test. A proto-type turbine disk which had adopted designed curvic-coupling was manufactured, assembled and tested to reveal that shaft-disk assembly run-outs in axial and radial directions were much smaller than the design requirements. The development will be finalized after spin test of shaft-disk assembly in near future.

초음속 충동형 터빈의 팁간극에 따른 성능변화 연구

정은환(Eunhwan Jeong),이항기(Hang-Gi Lee),박편구(Pyun-Goo Park),김진한(Jinhan Kim) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.11

슈라우드가 장착된 초음속 충동형 터빈의 팁간극에 따른 성능변화를 시험적으로 고찰하였다. 시험은 30톤급 터보펌프용 터빈을 이용하였으며 고압공기를 이용하여 다양한 압력비 및 회전수 범위에서 이루어졌다. 터빈의 효율민감도는 기준시험점에서 0.05의 매우 작은 값을 나타내었다. 터빈효율변화는 간극의 크기에 다라 비선형적으로 변화하였으며 고정된 압력비에서 효율민감도는 회전수의 세제곱에 비례하는 것으로 나타났다. 아울러 회전수에 무관하게 효율민감도는 기준시험 압력비에서 최소값을 보이는 것으로 나타났다. The effect of tip clearance on the performance of a supersonic impulse turbine was investigated experimentally. Test was performed using high pressure air in wide ranges of pressure ratio and rotational speeds. Test revealed that efficiency gradient of the subject turbine at a reference test point was a very low value of 0.05. Turbine efficiency was varied non-linearly with respect to tip clearance. It has been found that efficiency gradient is proportional to the cube of rotational speed at a fixed turbine pressure ratio. It also has been found that efficiency gradient shows its minimum at a reference test pressure ratio irrespective of rotational speeds.

속도 및 압력 복합형 충동 터빈 설계

정은환(Eunhwan Jeong),박편구(Pyun-Goo Park),김진한(Jinhan Kim) 한국항공우주연구원 2010 항공우주기술 Vol.9 No.2

75톤급 터보펌프를 대상으로 한 속도복합형 터빈과 설계회전수를 50% 증가시킨 30톤급 터보펌프 터빈 적용을 위한을 압력복합형 터빈 설계를 수행하였다. 속도복합형 터빈의 경우 1차원설계-유동해석-1차원설계의 반복적인 설계과정을 통해 원형노즐을 적용한 2열 초음속 충동터빈의 특성을 파악하였으며 최종적으로 기본형인 1열 충동형 터빈 대비 비출력23.1% 향상, 무게 5% 감소된 ver. 14h 모델을 완성하였다. 압력복합형 터빈은 에너지 회수비율, 2단 노즐 출구각, 2단 노즐 누설유량, 단별 출력 비율 등의 새로운 인자의 고려하여 각 변수의 성능에 미치는 영향을 검토하였으며 1차원 해석 기준 비출력이 36%가 증대되고 무게는 51% 감소한 터빈을 설계하였다. 압력복합형 터빈의 높은 성능을 위해서는 1단 및 2단 노즐의 형상설계가 매우 중요할 것으로 판단되며 유동해석을 통해 최적화할 예정이다. Design of velocity-compounded turbine for 75ton class LRE turbopump application and pressure compounded turbine for 30ton class LRE turbopump has been performed. 1D calculation and CFD analysis were conducted in determining blade and flow passage shape of velocity compounded turbine iteratively. Finally, 23.1% improved specific power and 5% reduced weight turbine to the original design was developed. In case of pressure-compounded supersonic turbine design, rotational speed was increased by 50% and the effect of carryover ratio, 2nd nozzle installation angle, leakage flow of 2nd nozzle, and work sharing factor was studied. Final 1D design resulted 36% increased specific power and 51% reduced weight comparing to the original single-row impulse turbine. It is anticipated that nozzle flow path design will be very important for the accomplishment of expected performance of pressure-compounded turbine and nozzle shape optimization will be conducted through the CFD analysis.

예연소사이클 액체로켓엔진 산화제과잉 프리버너 연소가스 모델 및 시스템 해석

정은환(Eunhwan Jeong) 한국항공우주학회 2022 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2022 No.11

75톤급 액체로켓엔진 터보펌프용 속도복식 터빈개발

정은환(Eunhwan Jeong),박편구(Pyun-Goo Park),이항기(Hang-Gi Lee),김진한(Jinhan Kim) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.5

75톤급 터보펌프용 속도복식 터빈을 개발하였다. 축과 로터의 연결에는 커빅커플링을 적용하였다. 커빅커플링은 시편을 통한 고온비틀림 시험과 시제품의 스핀시험을 통해 적용 적합성을 검증하였다. 고압 공기를 이용한 성능시험을 통해 개량형 속도복식 터빈의 비출력은 기본형 단단 터빈에 비해 설계점에서 20.5%가량 향상된 것으로 나타났다. A velocity-compounded(VC) turbine for the 75ton turbopump was developed as an improved performance backup for the single-rotor baseline turbine. Curvic coupling was adopted for the power transmission between the rotors and shaft. High temperature torsion test and spin test was performed for the curvic coupling design validation. Aerodynamic performance test revealed that VC turbine can generate 20.5% higher specific power than the baseline turbine.