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조남경(Nam-Kyung Cho),서대반(Dae-Bahn Seo),유병일(Byung-Il Yoo),김승한(Seong-Han Kim),한영민(Yeong-Min Han) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12
극저온 액체산소나 액체수소를 사용하는 액체로켓 엔진의 경우 냉각이 충분하지 않을 경우 펌프 인입부에서 발생하는 케비테이션과 메니폴드부의 급격한 기화에 의한 서지현상이 발생할 수 있다. 극저온 추진제 사용을 위한 냉각은 크게 유로의 충전을 위한 냉각/충전단계와 충전 후 온도유지 단계로 구분된다. 냉각/충전 단계는 초기에는 액체가 전량 증발하여 생성된 기체가 냉각을 수행하며 이후 이상유동(two phase flow) 단계를 거쳐 단상 액체로 충전된다. 충전 후 온도유지 단계는 밀도차에의한 재순환과 배출방법이 있다. 본 논문에는 액체로켓 추진기관의 극저온 추진제 충전단계와 충전 후 온도 유지단계에 대한 전반적 내용을 소개한다. For liquid rocket using cryogenic liquid hydrogen or liquid oxygen, chilling is needed to avoid cavitation and surge problems. Chilling is categorized by initial chilling/filling stage and low temperature maintaining stage. During chilling and filling stage, initially all vapor, next two phase flow and finally single phase flow are revealed. For temperature maintaining stage, re-circulation by density gradient and drain are related. This paper describes overall aspects of filling and low temperature marinating stage
상단 다단연소사이클 액체로켓 엔진의 극저온 추진제 운영
조남경(Nam-Kyung Cho),서대반(Dae-Bahn Seo),김성혁(Seong-Hyuk Kim),한영민(Yeong-Min Han),김진한(Jin-Han Kim) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.12
상단 다단연소사이클 엔진은 예연소기의 연소가스가 주연소기에서 재연소가 되므로 고압의 추진제 생성을 위하여 터보펌프 회전수가 가스발생기 방식에 비하여 높아야 하며, 이에 따라 펌프 인입구에서 케비테이션이 발생할 가능성이 높다. 펌프 인입구에서 기포가 생성되는 케비테이션을 방지하기 위해서는 인입 압력이 높아야 하고 하드웨어가 충분히 냉각되어 열유입이 적어야 한다. 본 논문에서는 케비테이션을 방지하기 위한 다단연소사이클 엔진 구조상의 고려사항과 냉각과정을 소개한다. 또한 발사체의 위성 투입능력 향상을 위해서는 상단엔진의 다점화가 필요하다. 다점화가 수행되기 위해서는 무추력 구간 중 후속 시동을 위해 충분한 냉각이 유지되어야 한다. 본 논문에서는 지상에서의 냉각 및 엔진이 상단에서 점화하기 위한 냉각과 무추력 구간에서의 냉각유지, 재점화를 위한 냉각에 대해 논의한다. Upper stage staged combustion cycle engine needs high rotational speed of turbopump to maintain high pressure for staged combustion from pre-burner to main combustor. High rotational speed usually increase the possibility of cavitation at pump inlet. To avoid cavitation, higher inlet pressure and extensive chilling which minimize heat input to cryogenic propellant is needed. In this paper, consideration for engine structural and chilling operation aspects are discussed. To increase satellite insertion capability, multi-ignition capability is needed. To perform multi-ignition, additional chilling is needed for next ignition during coast period. In this paper chilling for next ignition is also discussed.