전 세계 발사체 액체로켓엔진 기술개발 현황

한상엽 한국항공우주연구원 2012 항공우주산업기술동향 Vol.10 No.1

본 보고서는 미국, 러시아, 유럽, 일본 및 중국을 비롯한 전 세계 발사체 및 로켓 관련 기술을 개발/연구하고 있는 국가의 상용 또는 시험용, 연구용의 액체로켓엔진 개발기술에 관련된 정보를 수집 및 분석하는 것에 그 목적이 있다. 전 세계적으로 현재까지 약 900종 이상의 액체로켓엔진이 시험되고 개발/연구되어 왔다. 그 중 일부는 미국의 SSME 액체로켓엔진 및 러시아의 RD-107/RD-108 액체로켓엔진과 같이 상용으로 현재 위성 및 우주인 발사체에 투입되어 사용되고 있다. 본 보고서에 분석 정리된 액체로켓엔진은 케로신, 액체수소, 저장성 연료등을 연료로 사용하고 액체산소 등을 산화제로 사용하는 엔진들이며, 고체추진제를 사용하는 모터는 제외되어 있다. 특히 본 보고서에는 현재까지 국내에서 연구/개발되어 온 국내의 액체로켓엔진에 대한 개발기술도 포함하고 있다. The main purpose of this report is to acquire and analyze the information related to the development technology of liquid-propellant rocket engine(LRE) for commercial, experimental, or research purpose of world-wide nations such as U.S.A., Russia, Europe, Japan, and China which have been developing and studying the technology related to launch vehicles and rockets. Up to now more than nine-hundreds(900) of LRE's have been studied and developed world-wide. Among them, some engines such as SSME of U.S.A. and RD-107/RD-108 LRE's of Russia have been actively used for satellite launch vehicles and human space travel commercially. LRE's dealt in this report are using kerosene, liquid hydrogen, storable fuel, etc. as a fuel and liquid oxygen, etc. as an oxidizer. Rocket motors with solid propellants are excluded. Especially this report also includes the development technology of domestic LRE's.

액체로켓엔진 연소시험설비 예비설계

김승한(Seung-Han Kim),한영민(Yeoung-Min Han) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

본 논문은 액체산소와 케로신을 추진제로 하는 액체로켓엔진의 성능평가를 위한 엔진 지상 연소시험설비 예비설계 결과를 기술하였다. 엔진 지상 연소시험설비의 설계 요구조건에 기반한 설계 규격 및 설비 구성을 제시하였다. 엔진 지상 연소시험설비 예비설계 결과는 향후 한국형발사체 75톤급 엔진 지상 연소시험설비의 상세설계 및 구축을 위한 기본 자료로 활용될 예정이다. This paper describes the results of preliminary design of rocket engine test facility for the performance evaluation of liquid rocket engine. Design specification and composition of rocket engine test facility are suggested based on the design requirements. The results of the preliminary design of rocket engine test facility will be used as base data for the detail design and construction of rocket engine ground test facility of KSLV-II 75tonf liquid rocket engine.

중국의 연구 사례를 통한 개방형 액체로켓엔진의 고장진단 기법 분석

이계림(Kyelim Lee),차지형(Jihyoung Cha),고상호(Sangho Ko) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

본 논문은 액체로켓엔진의 건전성 감시 및 관리기법에 대한 연구 동향을 소개한다. 이를 위하여 실제 액체로켓엔진에 연구 및 적용되었던 고장진단 알고리즘을 조사하였다. 특히 한국형발사체(Korea Space Launch Vehicle Ⅱ, KSLV-Ⅱ)에 적용하기 위해 한국형발사체 로켓엔진과 같은 구조인 개방형 액체로켓엔진에 적용된 알고리즘을 조사하였다. 이러한 과정을 통해 적용된 사례들의 특징을 따로 세분화하고, 한국형발사체 로켓엔진과 비슷한 중국의 개방형 액체로켓엔진들의 고장진단 기법 특징들을 분석하였다. 나아가 2019년에 발사를 목표로 하는 한국형발사체에 적용시키기 위해 고려해야 할 사항에 대하여 토론하고자 한다. This paper deals with a survey on the recent research activities regarding health monitoring and management for liquid rocket engines. For this, we investigate the precedent techniques applied to Liquid Rocket Engine(LRE) developed. Particularly, we focus on open-cycle LRE to apply to KSLV-Ⅱ (Korea Space Launch Vehicle Ⅱ). Through this work, we subdivide health monitoring algorithms and analyze fault detection and diagnosis algorithm developed in china, since china researched open-cycle liquid rocket engine which have same cycle with KSLV-Ⅱ rocket engine. Then, we discuss some important points to be considered to the development of the KSLV-Ⅱ.

H-1 로켓엔진의 구조와 특징

김성욱(Sunguk Kim),김철웅(Cheulwoong Kim) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

H-1 로켓엔진은 달 탐사를 위한 Apollo Project의 첫 로켓인 SaturnⅠ의 1 단에 사용되기 위해 개발되었다. 가스발생기 사이클에 액체산소와 케로신을 추진제로 사용한 H-1 로켓엔진은 추력이 900 kN으로 높은 추력을 발생시킨다. 본 논문에서는 H-1 로켓엔진의 개발 배경과 구조, 엔진의 시동과 운전 그리고 정지 과정에 대한 내용이 포함되어 있다. 조사한 내용을 바탕으로 액체로켓엔진 개발기술에 적용할 수 있는 요소를 분석하는 것이 목적이다. 국내에서도 한국형 발사체의 개발로 인한 액체로켓엔진의 관심이 높아졌기 때문에 H-1 로켓엔진의 개발 사례는 유용한 자료가 될 수 있다. The H-1 rocket engine was developed to be used for the 1st stage of SaturnⅠwhich is the first rocket in the Apollo Project. H-1 rocket engine is a gas generator cycle engine and uses Lox and kerosene for propellant. This paper includes the background of development and the operation sequence for the start, run and stop of the engine. The purpose of this paper is to analyze some elements which can be applicable to the technology of developing the liquid-propellant rocket engine on the basis of the contents in the paper. This development case of H-1 rocket engine can be a useful data since the interest in the liquid-propellant rocket engine rose in our country because of the development of KSLV-Ⅱ.

한국형발사체 75톤급 액체 로켓 엔진 개발 현황

문윤완(Yoonwan Moon),남창호(Chang-Ho Nam),정은환(Eunhwan Jung),김진한(Jinhan Kim) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.5

한국항공우주연구원은 한국형발사체개발을 위해 1, 2단에 사용할 75톤급 액체로켓엔진과 3단에 사용할 7톤급 액체로켓엔진을 개발하고 있다. 75톤급 액체로켓엔진은 2015년부터 개발용 엔진 1호기 조립을 시작으로 설계, 제작, 조립 및 시험을 수행하여 설계 보완을 통한 2018년 3월 현재 기준으로 5기의 개발용 엔진과 2기의 발사체 체계용 엔진 등 총 7기의 지상용 엔진에 대한 시험을 성공적으로 수행하였다. 이에 현재까지의 75톤 지상용 엔진의 개발 현황을 요약하였다. The Korea Aerospace Research Institute is developing a 75 ton liquid rocket engine for the first and second stage and a 7 ton liquid rocket engine for the third stage to be used develop the KSLV-II. The 75 ton liquid rocket engine has been designed, manufactured, assembled, and tested starting 2015 with the first development engine assembled. As of March 2018, it successfully conducted five ground rocket engines for development, and two for launch vehicle system through modifying design. Thus, it summarized the development of 75 ton ground liquid rocket engine so far.

한국형발사체 엔진 지상 연소시험설비 개발

김승한(Seung-Han Kim),정용갑(Yong-Gap Chung),한영민(Yeoung-Min Han) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

본 논문은 액체산소와 케로신을 추진제로 하는 한국형발사체 1단 엔진의 성능평가를 위한 엔진 지상 연소시험설비 개발 현황을 기술하였다. 한국형발사체 75톤급 엔진 지상 연소시험설비의 설계 요구조건에 기반한 설계 규격 및 설비 구성을 제시하였다. 엔진 지상 연소시험설비 기본설계 결과는 향후 한국형발사체 75톤급 엔진 지상 연소시험설비의 상세설계 및 구축을 위한 기본 자료로 활용될 예정이다. This paper describes the development status of rocket engine test facility for the performance evaluation of liquid rocket engine of KSLV-Ⅱ 1st stage. Design specification and composition of rocket engine test facility are suggested based on the design requirements. The results of the basic design of rocket engine test facility will be used as base data for the detail design and construction of rocket engine ground test facility of KSLV-Ⅱ 75tonf liquid rocket engine.

한국형발사체 추진기관 엔진 지상 연소시험설비 개발

김승한(Seung-Han Kim),김지훈(Ji-Hoon Kim),이광진(Kwang-Jin Lee),조남경(Nam-Kyung Cho),한영민(Yeoung-Min Han) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5

본 논문은 액체산소와 케로신을 추진제로 하는 한국형발사체 1단 엔진의 성능평가를 위한 엔진 지상연소시험설비 개발 현황을 기술하였다. 설계 요구조건에 기반한 설계 결과를 제시하였다. 엔진 지상 연소시험설비 설계 결과는 향후 한국형발사체 75톤급 엔진 지상 연소시험설비의 상세설계 및 구축을 위한 기본 자료로 활용될 예정이다. This paper describes the development status of rocket engine test facility for the performance evaluation of liquid rocket engine of KSLV-II 1st stage. The results of design of rocket engine test facility are suggested based on the design requirements. The results of the design of rocket engine test facility will be used as base data for the detail design and construction of rocket engine ground test facility of KSLV-II 75tonf liquid rocket engine.

액체로켓엔진 요구조건 개발

김철웅,박순영,조원국,이은석 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

System requirements document(SRD) of the liquid rocket engine for 3rd stage of KSLV-Ⅱ was developed. SRD includes the functional, performance, design, manufacturing, test and operation requirements. SRD will serve as a baseline for the design of a rocket engine. For the purpose of the development of the well-written requirements document we studied the requirements documents released by U.S., Russia and EU. This article will help comprehension about the technical documents and the process of the rocket engine development. 한국형발사체 3단에 사용될 액체로켓엔진에 대한 시스템요건문서를 개발하였다. 엔진시스템 요건문서에는 발사체로부터 요구되는 성능과 엔진의 작동조건, 설계, 제작, 시험 및 운용요건 등이 기술되었으며, 이들 요건들은 3단용 엔진의 개발방향을 설정하게 된다. 엔진요건문서는 엔진개발과정에 대한 연구와 미국, 러시아 및 유럽의 요건문서 자료들을 분석하여 신뢰성 있는 엔진 개발을 목표로 하여 작성되었다. 본 논문은 요건문서 개발 준비과정과 개발 결과를 소개하고, 액체로켓엔진 개발과정에 대한 이해를 높이고자 하는 목적을 가지고 있다.

액체로켓엔진 비행시험 준비 및 상태진단

김철웅(Cheulwoong Kim),박순영(SoonYoung Park),조원국(Wonkuk Cho) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5

액체로켓엔진의 비행시험 준비 및 상태진단과정에 대하여 해외문헌조사와 비행시험 준비작업 참여경험을 바탕으로 정리하였다. 액체로켓엔진의 비행시험 준비와 상태검사는 발사체 조립동에서 수행하며, 밸브의 작동성, 센서의 이상유무, 엔진의 각 공간의 기밀여부 등을 점검한다. 엔진의 시동 준비과정 시 엔진의 준비상태는 시동의 진행단계를 평가하기 위하여 주요부에 설치된 센서값을 이용하여 검사한다. 엔진의 작동성 진단은 엔진 점화 이후 이륙 시까지 진행되는데, 이 기간동안 주요밸브의 개방여부, 터보펌프의 회전수 및 연소압 변화 추이 등이 이용된다. 액체로켓엔진의 비행시험 준비 및 상태진단 방법은 엔진의 지상시험과 향후 한국형 발사체 비행시험에도 유용하게 적용될 수 있다. This paper treats the engine preparation processes for the flight test and its diagnostic method based on the literature survey and the experience of the rocket launch preparation. The engine preparation work for the flight test is performed in the assembly building in which leakage of engine components and workability of valves and sensors are checked. In the period of pre-launch operation and engine start for the engine diagnosis the parameters of sensors, rpm revolution speed and change of combustion chamber pressure are monitored. Technical know-how obtained in the launch preparation works will be useful for engine ground test and the KSLV-II engine development.

터보펌프식 액체로켓엔진의 시스템 해석

이진근(Jinkun Lee),김진한(Jinhan Kim) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.5

액체산소와 등유를 추진제로 사용하는 액체로켓엔진 터보펌프의 기본설계 사양을 도출하기 위한 1차원 시스템 설계 프로그램을 개발하였다. 터보펌프식 액체로켓엔진 시스템으로는 가스발생기 사이클과 단계식 연소 사이클 두 가지 사양을 고려하였다. 시스템 해석을 통하여 엔진 시스템의 유량 밸런스, 추력, 비추력, 혼합비, 터보펌프의 출력, 터빈 팽창비에 대한 분석이 수행되었으며 가스발생기를 제외한 대부분의 설계변수들이 실제 엔진과 잘 일치하는 결과를 얻었다. 본 논문에서는 개발된 1차원 시스템 설계 프로그램을 사용하여 임의의 액체로켓엔진 추력에 대한 터보펌프 기본 사양을 도출할 수 있음을 확인하였다. A 1­D system design program has been developed for the preliminary design of the turbopump system in liquid rocket engines, which use LOx and kerosene as propellants. Gasgenerator cycle and staged combustion cycle were considered as turbopump type liquid rocket engine systems. In the system analysis, mass flow balances, thrust, specific impulse, mixture ratios, turbopump power, and turbine expansion ratio of engine system were analyzed. Results show that most of the parameters agree well with real engine parameters except gasgenerator. Therefore, the 1­D system design program developed in this study can be used to derive the preliminary design parameters of a turbopump with any thrust level liquid rocket engine.