적층제조 기술을 적용한 액체로켓엔진용 밸브 하우징 개발

홍문근(Moongeun Hong),김진원(Jinwon Kim),전효승(Hyoseung Jeon) 한국추진공학회 2021 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

터보펌프 파이로 시동기 기초연구

홍문근(Moongeun Hong),이수용(Soo Yong Lee) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회지 Vol.12 No.2

우주발사체 가압시스템 설계

홍문근(Moongeun Hong),정용갑(Yong-Gahp Chung),김영목(Young-Mog Kim) 한국추진공학회 2006 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2006 No.11

2단계 개방 포핏 밸브 개발

홍문근(Moongeun Hong) 한국추진공학회 2022 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2022 No.11

파이로스타터용 필터 압력손실계수 측정

홍문근(Moongeun Hong) 한국항공우주연구원 2007 항공우주기술 Vol.6 No.2

유공압 설비 설계에 있어서 중요한 요소인 유공압 구성품의 압력손실계수를 측정하기 위한 시험 설비의 설계, 제작 그리고 일련의 시험 내용 및 PS(Pyrostarter, 고체추진제 가스발생기) 연소시험 결과와의 비교ㆍ분석 내용을 정리한다. 최종적으로 blow-down 시스템을 이용하여 간단한 시험 설비를 구축하였으며 PS에 사용되는 필터들의 압력손실계수를 측정하였다. 시험 설비를 통해 PS의 CQSF 압력손실계수 K를 획득하였으며, PS 연소시험 결과와의 비교를 통해 2% 내외의 높은 신뢰도의 압력 손실 예측이 가능한 것으로 나타났다. 한편 PS 필터의 K와 PS 연소압과의 관계를 유도하여 PS 연소시험 결과와 일치함을 보였으며, 향후 PS 개발에서 필터의 K를 활용하여 PS 추진제의 연소속도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. An experimental apparatus has been designed and prepared in order to measure a pressure loss coefficient of hydropneumatic components, which is an important parameter in a hydropneumatic system. Blow-down system has been adopted for the experimental apparatu to meet the high flow energy requirement as well as the apparatus safety. Expecially, pressure loss coefficient measurements of pyrostarter filters have been performed and the pressure loss coefficient, K of CQSF has been experimentally acquired. Then it is shown that the turbine inlet pressure p₂, which is predicted from the measured K, is in accord with the results of combustion tests. Moreover, the relation between K and combustion pressure p? has been presented and it is disclosed that the relation accords well with the results of combustion tests. It is anticipated that K of a filter could play a role in PS size reduction by rising up the combustion pressure resulting in increasing the burning rate of solid propellant.

밸브 입구 압력 변화에 따른 연소기 산화제 개폐밸브 열림 특성

홍문근(Moongeun Hong) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.10

밸브 입구 압력 변화에 따른 액체로켓엔진용 연소기 산화제 개폐밸브의 개방 특성에 대해 시험을 통한 연구를 수행하였다. 연소기 산화제 개폐밸브의 포핏 방식 밸브 특성에 의해 밸브 입구압력이 상승함에 따라 밸브 개방에 필요한 구동압력은 선형적으로 증가하며, 밸브 행정 시간은 감소하게 된다. 하지만 밸브 입구 압력 상승으로 밸브 개방 구동압력 도달까지의 시간이 길어져 전체적인 밸브 개방 시간이 증가하는 것으로 나타났다. 결국 밸브 입구 압력이 증가할수록 밸브행정 시간의 감소량은 미미해지며 밸브 개방에 필요한 구동압력에 도달하는데 필요한 시간이 밸브 개방 시간을 좌우한다는 것을 확인하였다. 따라서 밸브 구동부에 대한 설계를 통해 밸브 개방시점의 밸브 입구 압력과 연소기로의 순간적인 산화제 공급량을 조정할 수 있다. Opening characteristics of a main oxidizer shut-off valve at different valve inlet pressures have been experimentally investigated. The pilot pressure at the moment of the valve opening increases linearly with increasing the valve inlet pressure and the increased pilot pressure reduces the valve travel time. As the pilot pressure increases at the moment of valve opening, the time to start opening the valve is delayed resulting in increasing the valve opening time. With the increment of the valve inlet pressure, the valve opening time is mainly determined by the time required for the pilot pressure to start opening the valve. Therefore the design of a pilot gas supply system can readily control the valve inlet pressure at the valve opening as well as the amount of oxidizer supplied to a combustion chamber during the engine startup.

연소기 산화제 개폐밸브 재순환예냉 유로의 유량계수 개선

홍문근(Moongeun Hong) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

극저온 추진제를 사용하는 액체추진기관의 재순환예냉 시스템 설계의 유연성을 확보하기 위한 연소기 산화제 개폐밸브 재순환예냉 유로의 유량계수 개선 내용을 소개하였다. 밸브의 재순환예냉 출구 포트 크기와 밸브 내부 유로 형상 변경에 의한 재순환예냉 유로의 유량계수 값을 예측하기 위해서 기존 밸브에서 측정한 재순환예냉 유로의 유량계수 값들을 활용하였으며, 액체질소를 운용유체로 사용하여 측정한 유량계수와 예측값과의 비교를 통해 밸브 내부 형상 변경에 의한 유량계수 개선 정도를 확인하였다. 연소기 산화제 개폐밸브의 재순환예냉 유로의 유량계수는 기존 밸브에 비해 2배가량 향상되었으며, 결과적으로 연소기 산화제 개폐밸브에 할당되었던 설계 요구 차압의 75%가량을 재순환예냉 시스템에서 추가적으로 소요될 수 있는 잠재적인 차압과 재순환예냉 시스템의 다른 구성품의 추가 차압으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. The improvement of a flow coefficient for the recirculation chilldown flow in a main oxidizer shut-off valve has been presented. The flow coefficient, which is mainly affected by the recirculation outlet port size and the configuration inside the valve, has been predicted with measured flow coefficient values. The comparison of experimentally measured flow coefficient with the predicted value shows the effect of valve inside configuration on the flow coefficient. Consequently, the flow coefficient is twice the previous value and about 75% of the pressure loss assigned to the main oxidizer shut-off valve can be used for additional pressure losses for other components in the recirculation chilldown system of a launch vehicle.

2단계 개방 연소기 산화제 개폐밸브 개발

홍문근(Moongeun Hong) 한국항공우주학회 2017 韓國航空宇宙學會誌 Vol.45 No.8

액체로켓엔진용 연소기 산화제 개폐밸브는 단순 온·오프 개폐작동을 통해 연소기로의 산화제 공급 유무만을 제어하기 때문에, 산화제 공급 유량 조절을 통한 엔진 점화·시동 특성제어 및 최적화에 한계가 있는 반면에 2단계 개방 연소기 산화제 개폐밸브는 밸브의 부분 개방에 의해 산화제 공급 유량을 조절함으로써 엔진 점화·시동 특성을 제어할 수 있는 이점이 있다. 이에 본 논문에서는 액체로켓엔진용 2단계 개방 연소기 산화제 개폐밸브 개발을 위한 기본 설계 내용과 함께 밸브 작동성에 관한 검증시험 결과를 소개하기로 한다. The supply of the liquid oxygen into a rocket combustor is simply controlled by the ‘on’ and ‘off’ positions of a main oxidizer shut-off valve. However, the partially opened position of a three-position valve can control and optimize the engine start transients by regulating the liquid oxygen flow rate during the start-up of the engine. In this paper, the design and performances of a three-position pneumatic poppet valve, which is intended to be employed in liquid rocket engines, have been presented.

산화제 개폐밸브의 힘평형에 관한 연구

홍문근(Moongeun Hong),이수용(Soo Yong Lee) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.5

비교적 단순한 개폐작동을 통해 액체추진기관 연소기로의 극저온 액체산소 공급을 조절하는 산화제 개폐밸브로써, 공압으로 작동하는 포펫 타입의 밸브가 채택되어 관련 연구개발이 진행되고 있다. 일반적인 포펫 타입의 밸브들은 포펫과 피스톤이 연결되어 일체로 움직이면서 유로 개폐를 제어하지만, 개발 중인 산화제 개폐밸브는 밸브 설계의 유연성을 확보하기 위해 포펫과 피스톤 부분이 서로 접촉되어 있을 뿐 독립적으로 분리되어 있다. 포펫과 피스톤 부분이 분리되어 있는 포펫 타입의 밸브 개폐 시, 피스톤 부분이 밸브 몸체와 충돌할 수 있기 때문에 이와 같은 충돌을 피하기 위해 밸브가 닫히는 동안의 힘평형에 대한 분석이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 산화제 개폐밸브가 닫히는 동안의 힘평형에 대한 분석 내용을 소개하고, 결과적으로 안전한 밸브 작동을 확보할 수 있는 힘평형 조절을 위한 주요 설계 변수를 유도하기로 한다. A poppet type shutoff valve under the pneumatic control has been adapted for the MOV (Main Oxidizer shutoff Valve) for KSLV (Korea Space Launch Vehicle). The MOV controls the supply of liquid oxygen into the combustion chamber just by opening and shutting operations. The poppet part of the poppet valves is usually connected with the piston, but on the other hand that of the MOV is separated and just contacted with the piston in order to secure the flexibility of the valve design. For the prevention of the collision with valve body by an undesirable movement of the piston part, it is necessary to evaluate the force during the valve closing. The analysis of the force balance of the MOV at the moment of the valve closing have been performed and some important design parameters for the force balance control have been introduced.

연소기 산화제 개폐밸브 닫힘 작동특성

홍문근(Moongeun Hong) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.9

본 논문에서 액체로켓엔진용 연소기 산화제 개폐밸브로 사용되는 밸브 개방 자체유지가능형 포핏 밸브의 밸브 닫힘 작동특성에 대한 연구 내용을 소개하기로 한다. 상온 및 극저온 환경에서 밸브 닫힘 특성을 예측할 수 있는 수치해석 방법을 제시하였으며, 시험결과와의 비교를 통해 계산결과의 신뢰성을 검증하였다. 본 연구를 통해 상온 및 극저온 작동 환경에서 각각 구동가스 배출시스템의 유효 유로 면적과 밸브 작동부에 작용하는 운용유체의 압력 분포가 밸브의 전반적인 닫힘 작동특성을 좌우하는 주요 변수인 것을 확인하였다. 또한 극저온 작동 환경에서 구동가스를 적절히 활용함으로써, 밸브 닫힘 압력을 유연하게 조정할 수 있을 뿐만 아니라 밸브 닫힘 속도 또한 효과적으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다. We study the closing characteristics of a self-sustainable poppet valve which serves as a main oxidizer shut-off valve for liquid rocket engines. Numerical analysis for predicting closing transient responses are presented and the calculated results have been verified by a comparison with experimental data. The effective area of a pilot gas discharge system and the pressure distribution of passage flow around the valve moving part are shown to be main parameters in determining the closing characteristics for dry and cryogenic conditions, respectively. Moreover, it is presented that the passage flow pressure at the valve closing moment as well as the valve closing velocity can be effectively adjusted by the appropriate employment of the pilot gas.