연소기 산화제 개폐밸브 닫힘 특성

홍문근(Moongeun Hong),이지성(Jisung Lee),김정한(Junghan Kim) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.12

액체로켓엔진용 연소기 산화제 개폐밸브로 적용되는 밸브 개방 자체유지가능형 포핏 밸브의 밸브 닫힘 특성에 대한 연구를 소개하기로 한다. 수치해석을 위해 밸브 무빙파트에 대한 운동방정식을 유도하여 구동가스 공급시스템을 하나의 오리피스로 모사하였다. 상온 및 극저온 환경에서 각각 구동가스와 밸브 입구압력만으로 밸브가 닫히는 경우에 대한 계산결과와 시험결과와의 비교를 통해 수치해석 결과의 신뢰성을 검증하였다. 극저온 연소 환경에서는 밸브 무빙파트 주위에 작용하는 운용유체에 의한 힘이 밸브 닫힘 특성에 결정적인 영향을 미치는 것으로 예측되었다. We study closing transient responses of a self-sustainable poppet valve employed for the main oxidizer shut-off valve of liquid rocket engines. The equation of motion for a valve moving part has been derived and a pneumatic supply system is simulated as an orifice to perform numerical analysis. Numerical predictions are compared to the experimental results for the validation of the study and it is shown that the hydraulic force on the valve moving part would be critical to the valve closing characteristics.

연소기 산화제 개폐밸브 개방 특성

홍문근(Moongeun Hong) 한국항공우주학회 2017 韓國航空宇宙學會誌 Vol.45 No.11

액체로켓엔진용 연소기 산화제 개폐밸브로 사용되는 밸브 개방 자체유지가능형 포핏밸브의 밸브 개방 특성을 파악하기 위해 밸브 개방 과정에서의 과도 응답 특성에 대한 연구를 수행하였다. 수치해석을 위해 구동가스 공급시스템을 하나의 오리피스로 모델링하고 밸브 행정 위치 및 구동압력 조건에 따라 밸브 무빙파트의 운동방정식을 유도하였다. 상온 및 연소시험에서의 밸브 작동 시험결과와 계산 결과의 비교를 통해 계산 결과의 신뢰성을 검증하였으며, 본 연구의 실제적인 적용 예로써 높은 구동압력에서의 밸브 개방 속도 조절을 위한 오리피스 적용 사례를 소개하였다. We study opening transient responses of a self-sustainable poppet valve, which is usually used for the main oxidizer shut-off valve of liquid rocket engines. In order to perform numerical analysis, a pneumatic supply system was simulated as an orifice with a diameter of 3.2 mm and the equations of motion of valve moving part were derived. For the validation of the study, a comparison of numerical predictions and experimental results has been done. As one of the practical applications of this study, the employment of an orifice in a high pneumatic pressure has been presented to control the valve opening time.

기체주입식 분사기 내부 유동에서의 압력 섭동

홍문근(Moongeun Hong) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

기체주입식(Effervescent) 분사기는 액체 유동에 소량의 기체를 주입하여 분사기 내부에 형성된 기체/액체 이상유체 유동이 분사기 노즐을 빠져나오면서 고압의 기포들이 팽창/폭발하여 주위의 액체 유동을 미립화시킨다. 기체주입식 분사기는 소량의 기체유량과 작은 차압 조건에서도 우수한 미립화 특성을 보이지만, 근본적으로 분사기 내부의 이상유체 유동에 의한 미립화 불안성이 발생하게 된다. 본 논문에서는 미립화 불안성과 밀접히 연관되어 있는, 분사기 내부 이상유체 유동의 압력섭동 특성에 대한 실험결과를 간단히 소개하기로 한다. An effervescent atomizer employs the expansion and explosion of gas bubbles to disintegrate bulk liquid into small volumes. In spite of the advantages of this kind of atomizer, the quality of effervescent atomization is intrinsically affected by the characteristics of the internal two-phase flow, presenting the spray instability. With the aim of improving understanding of spray unsteadiness in effervescent atomization, the present study introduces some significant experimental results on the pressure fluctuation of the internal two-phase flow within an effervescent atomizer.

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.

파이로스타터 개발 현황

홍문근(Moongeun Hong),이수용(Soo Yong Lee) 한국항공우주연구원 2010 항공우주기술 Vol.9 No.2

초기 엔진 시동을 위해 터빈을 구동하기 위한 고압가스를 제공함으로써, 발사체 액체추진기관의 터보펌프 시동기 역할을 수행하는 파이로스타터의 개발 현황에 대해 간단히 소개하기로 한다. 우선 개발 이력을 간단히 정리하였으며, 파이로스타터 개발에 있어서 핵심 부분이라고 할 수 있는 고체추진제, 내탄도, 럽쳐디스크, 점화기 부분에서의 현재 기술 현황을 정리하였다. 현재의 기술개발 수준을 고려해 볼 때, 향후 파이로스타터 개발요구조건을 충분히 만족시킬 수 있을 것으로 기대된다. The current status of the development of pyrostarters, which play a role as a turbo pump starter in liquid propellant propulsion systems by supplying pressurized gas to power turbines for engine start, has been introduced. Firstly, the development history is briefly summarized, and secondly the current technical status in core parts for the development of pryrostarters such as solid propellants, internal ballistics, rupture discs, and igniters are presented. The current technical achievements could make it feasible to fulfill the development requirements for pyrostarters.

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 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.

우주발사체 가압시스템 설계

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

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.