액체 로켓 엔진 극저온 LOX 산화제의 충진 및 연소시험시 거동 특성

정용갑(Yong-Gahp Chung),문일윤(Il-Yoon Moon),조남경(Nam-Kyung Cho),한영민(Yeoung-Min Han),이수용(Soo-Yong Lee) 대한기계학회 2001 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2001 No.9

The cryogenic characteristics of propellant is important parameter in the design of liquid rocket engine test facility. Pressure-fed rocket engine test facility with cryogenic propellant should be designed with considering cryogenic characteristics, vaporization should be avoided up to injection point. In this paper, characteristics of cryogenic liquid oxygen was examined during cold flow and combustion test of KSR-Ⅲ main engine at each stage. The effect of venting was examined at the stage of cooling and at the pressurization stage the interaction between nitrogen gas and liquid oxygen was also examined. The characteristic of liquid oxygen in the engine manifold was analyzed. To meet the pressure requirements during propellant outflow, the pressure in the upstream of engine was diminished rapidly, the effect of liquid oxygen was examined at rapid expansion. The results showed that venting was the primary role at the cooling process and the interaction of nitrogen gas and liquid oxygen in the run tank is limited at the surface area and the tests showed that the fluctuation of liquid oxygen flow was diminished at the combustion test and the expansion of liquid oxygen was contributed to the temperature rise of liquid oxygen.

75톤급 액체로켓엔진용 체크밸브 개발

정용갑(Yonggahp Chung) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.12

액체로켓엔진에서는 유체의 역류를 방지하거나 제한하여 한 방향으로만 유체가 흐르게 제어하기 위하여 체크밸브를 사용한다. 75톤급 액체로켓엔진에서는 추진제인 산화제로는 액체 산소(LOX)가 사용되고 연료로는 케로신이 사용된다. 가압제용 헬륨 가스는 극저온 액체 산소 탱크 내에 설치된 가압제 용기에 저장되고 퍼지용 헬륨 가스는 상온으로 용기에 저장된다. 본 연구에서는 75톤급 액체로켓엔진에 적용되는 체크밸브 개발에 대해 고찰하였다. The check valves are used to allow free flow in one direction and to prevent or restrict reverse flow in the liquid rocket engine. Liquid oxygen(LOX) as the oxidizer and kerosene as the fuel are used for the propellant in 75-ton class liquid rocket engine. The helium gas for the pressurant is stored in pressurant cylinders inside the cryogenic liquid oxygen tank and the helium gas for the purge is stored in room-temperature cylinders. In this study, the development of check valve for 75-ton class liquid rocket engine was considered.

LOx를 적용한 Lab-Scale 하이브리드 로켓 지상연소시험 설비

박영훈(Younghoon Park),문근환(Keunhwan Moon),박선정(Sunjung Park),고수한(Soohan Ko),김진곤(Jinkon Kim),문희장(Heejang Moon) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

액체산소를 적용한 Lab-scale 하이브리드 로켓 엔진의 지상연소시험을 수행하기 위해 시험 설비를 구축하였다. 지상연소시험 설비는 액체산소 공급 시스템, 제어 및 데이터 획득 장치, Lab-scale 하이브리드 연소기로 구성되어있다. 지상연소시험을 통해 하이브리드 로켓 엔진의 성능 데이터를 획득할 수 있었으며, 시스템 상의 보완해야할 문제점들을 도출 할 수 있었다. 향후 구축된 지상 연소 실험 설비에서 발생한 문제점들을 보완하여 액체산소를 이용한 다양한 연소 시험을 수행할 예정이다. Laboratory scale ground firing test facility for hybrid rocket engine using liquid oxygen as oxidizer was constructed. The ground firing test facility is composed of liquid oxygen feeding system, control/data acquisition system and laboratory scale hybrid rocket combustor. The performance data from this cryogenic oxidizer have been obtained where it has been found that some of improvements were necessary to manage the newly constructed firing test facility. Various combustion tests using liquid oxygen are scheduled after the improvements.

산소 시스템의 설계와 운용

임하영(Hayoung Lim),조인현(Inhyun Cho) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

액체 및 기체 상태의 산소의 물리적 특성을 소개하였으며, 산소 시스템을 설계할 때 고려해야할 점화 특성에 대하여 자세히 설명하였다. 또한 산소와 호환 및 호환되지 않는 비금속과 금속 재료에 대하여 소개하였다. 산소 시스템의 안전을 확보하기 위해 가장 중요한 것 중의 하나인 세척에 대하여 살펴보았으며, 액체 및 기체 산소 시스템의 설계시 고려해야할 주요 사항들을 소개하였다. 시스템을 구축한 후 안전한 운용을 위해 갖춰야할 절차서와 고려해야할 사항에 대하여 살펴보았다. Physical characteristics of liquid and gaseous oxygen and the detailed ignition characteristics of oxygen system were introduced. Compatible and non-compatible materials for oxygen were discussed. To ensure the safety operation of the oxygen system, one of the most important point, cleaning, was reviewed. To design the gaseous and liquid oxygen system, key points were introduced. To safe operation, the operating procedure and considerations were introduced.

액체로켓엔진용 산화제펌프에 대한 액체산소 성능시험

홍순삼(Soon-Sam Hong),김대진(Dae-Jin Kim),김진선(Jin-Sun Kim),김진한(Jinhan Kim) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.8

가스발생기 사이클의 추력 30톤급 엔진에 적용 가능한 터보펌프의 구성품인 산화제펌프에 대하여 실제 작동 유체인 액체산소를 이용한 시험이 이루어졌다. 본 시험에서 터빈은 상온 수소 가스로 구동되었다. 산화제펌프는 설계점 및 탈설계점에서 안정적으로 작동 되었고 성능 요구조건을 만족시켰다. 액체산소를 매질로 하는 경우의 산화제펌프 양정계수는 물을 매질로 하는 경우에 비하여 약 2~3% 더 낮은 값을 보였다. 산화제펌프 구동에 필요한 동력과 터빈에서 생성되는 동력이 서로 잘 일치하였다. An oxidizer pump of a turbopump for a 30-ton class gas generator cycle engine was tested in the medium of liquid oxygen. The turbine was driven by cold hydrogen gas in the test. The oxidizer pump was operated stably at both design and off-design conditions, satisfying the performance requirements. The pump head coefficient from the liquid oxygen test was 2~3% lower than that from the water test. The power required to run the oxidizer pump was well balanced with the power produced by the turbine.

Flowmaster를 이용한 발사체 액체산소 충전 모드 해석

박순영(Soon-Young Park),김지훈(Ji-hoon Kim),박편구(Pyung-Gu Park),유병일(Byung-Il Yu) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

액체로켓에 산화제를 충전하는 과정은 크게 산화제 탱크의 냉각, 고유량 충전, 소유량 충전, 온도 보정을 위한 추가 충전으로 나눌 수 있다. 나로호(KSLV-I) 1단의 산화제는 액체산소를 사용하며, 각 충전 모드에 해당하는 유량 및 온도 요구조건이 제시되어 있다. 이러한 유량 및 온도 요구조건을 만족하기 위해서 산화제 공급시스템에는 유량조절용 밸브와 열교환기가 설치되어 있다. 본 연구에서는 발사체 산화제 충전과정에서 정밀한 유량 공급을 위하여 상용 1차원 열-유동 해석 프로그램인 Flowmaster를 이용하여 1차원 유동 시스템 해석을 수행하였다. 아울러 제한된 인증 시험을 통하여 각 모드에서의 유량 조건을 만족시키기 위한 유량제어밸브들의 유량 보정 민감도를 해석적으로 구하였다. The process of charging an oxidizer in the liquid propellant rocket can divide into the cooling of the oxidizer tank, the high flow charge, the small flow charge, and the replenishment charge for the correction of temperature. The oxidizer of the Naro(KSLV-I) first stage uses the liquid oxygen. And the flow rate and the temperature specification corresponding to each charge mode are presented for the requirement. The flow throttling valve and heat exchanger are installed in the oxidizer filling system in order to satisfy this kind of the flow rate and temperature requirement specification. In this research, by using the Flowmaster which is a commercial one-dimension thermo-fluidic analysis program, one dimensional flow system analyses was performed to predict the exact flow rate at each specific mode. Also, the flow rate correction sensitivity of the flow control valves was analytically determined to satisfy the flow condition refinement at each mode within the limited certification test.

오리피스에서 기체의 표준유량을 이용한 산소와 헬륨의 누설량 측정에 관한 연구

이중엽(Joongyoup Lee),한상엽(Sangyeop Han),허환일(Hwanil Huh) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.12

본 연구에서는 마우스피스 방법을 이용하여 산소의 질량유량 측정과 헬륨의 체적유량 측정에 대한 관계식을 정리하였다. 마우스피스 방법은 상사된 실험식을 이용함으로써 시험비용을 절감할 수 있다. 마우스피스 방법에서는 기체헬륨을 측정하여 용이하게 액체산소의 누설량을 측정할 수 있다. 시제품의 누설량 측정에서 상온과 극저온 상태의 헬륨과 산소간의 누설량 관계를 이해하기 위해 실험을 수행하여 비교하였다. 헬륨의 누설 체적유량[A.㎖/s]은 액체상태의 산소 누설의 질량유량[g/s]에 대비하여 174배였다. 실험식과 비교된 계산식은 미국 국립기술표준원의 자료를 이용하여 증명하였다. In this study, correlation equations were arranged about mass flow rates of oxygen and volume flow rates of helium using a mouthpiece method. The mouthpiece method can reduce examination cost by using similar empirical formula. Instead of liquid oxygen, in the mouthpiece method, gas helium can be measured in order to determine the leakage amount of liquid oxygen conveniently. Experiment was conducted and compared to understand leakage amount relation between the helium and the oxygen for prototype item under a room and a cryogenic temperature conditions. The leakage volume flow rate [A.㎖/s] of the helium was 174 times higher than mass flow rate [g/s] of the oxygen leakage at liquid state. The derived correlation equations were verified using data from the National Institute of Standards and Technology (NIST).

한국형발사체 PSD 산화제 배출밸브 성능시험

정용갑(Yonggahp Chung),한상엽(Sangyeop Han),김승익(Suengik Kim) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

한국형발사체(KSLV-II) PSD 시스템에 있는 DR 구형 용기의 산화제 가압을 위해서는 극저온 헬륨가스를 사용하고 추진제인 산화제로는 액체 산소를 사용한다. 가압제 용기는 산화제인 액체산소 탱크 내부에 설치되어 있어 가압제가 초저온 상태로 저장되고 산화제는 산화제 탱크에 저장된다. 본 연구에서는 한국형발사체에 적용되는 PSD 산화제 배출밸브에 대한 성능시험을 고찰하였다. Cryogenic helium gas is used as the pressurant for the oxidizer pressurization of DR(Damper Receiver) sphere in the PSD(Pogo Suppression Device) system and liquid oxygen is used as the oxidizer for the propellant in Korea Space Launch Vehicle-II. The helium gas is stored in pressurant cylinders inside the cryogenic liquid oxygen tank and liquid oxygen is stored in the oxidizer tank. In this study, the performance test of PSD liquid oxygen drain valve for KSLV-II was considered.

액체산소/케로신 액체로켓엔진 입구조건 영역 사례 연구

남창호,정은환 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

액체로켓엔진의 입구조건은 엔진의 설계와 개발시험의 기준이 되는 주요 변수이다. 본 논문은 액체산소/케로신 액체로켓엔진의 입구조건 범위를 조사하여 분석하였다. 엔진의 입구에서 최소압은 엔진의 최소 유효흡입수두 (NPSH)를 확보할 수 있는 범위에서 결정되고 최대압은 추진제 가압시스템의 설계에 따라 달라진다. 온도조건은 최소한의 추진제 밀도를 확보할 수 있는 범위에서 결정되고 최대 온도는 비행중 발생하는 열 유입량에 따라 달라진다. 수집된 엔진 입구 조건 사례는 엔진에 대응되는 추진 기관 시스템의 특성을 추가 조사하여 보완되어야 한다. Definition of engine inlet conditions for liquid propellant rocket engine (LRE) is crucial to design and test for development. The inlet conditions of LOx/kerosene LRE were investigated for case study. The minimum pressure of engine inlet should be so high as to reserve the required net positive suction head(NPSH) for the engine. The propellant pressurization system will constrain the maximum pressure of engine inlet. The minimum temperature should guarantee the density requirement for the propellant. The propellant temperature shall be subjective to the heat gain during flight. The further study should cover the propulsion system design and operations corresponding to the engines studied.

다공 오리피스를 이용한 액체산소 유량측정

임하영(Hayoung Lim),이지성(Jisung Lee),김정한(Junghan Kim),노용오(Yongoh Noh) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

액체산소의 유량을 측정하기 위해 두 가지 형태의 다공성 오리피스 미터를 제작하여 물을 이용하여 Cd 를 측정하였다. 다공 오리피스 미터와 코리올리 미터를 직렬로 연결하고 액체산소를 흘려보내는 유동시험을 수행하여 물을 이용하여 구한 Cd 를 이용하여 질량유량을 산출하였다. 코리올리 미터를 기준으로 할 때 A 형(1/2")의 경우 0.4%, B 형(3/4")의 경우 0.8% 이하의 오차를 확인하였다. To measure the flow rate of the liquid oxygen, two types of multi-hole orifice meter were prepared. The Cd of the orifice meter was determined by the flow test using water. After performing the liquid oxygen flow test for orifice meter and Coriolis meter, the mass flow rate was calculated using the Cd. The error of the mass flow rate compare to Coriolis meter, A-type(1/2") was below than 0.4%, B-type(3/4") was below than 0.8%.