2단계 개방 연소기 산화제 개폐밸브 작동시험

홍문근 한국추진공학회 2024 한국추진공학회지 Vol.28 No.2

Recently, we have developed a shut-off valve for a liquid rocket engine that can supply a reduced amount of oxidizer during ignition and start-up. By partially opening the valve and supplying a small quantity of oxidizer, it is possible to enhance ignition reliability and achieve flexible engine start-up. This paper presents the results of operating tests performed on a two-step opening oxidizer shut-off valve, which enables gradual control of the oxidizer supply amount. Experimental tests were conducted to validate the operational characteristics of the valve by adjusting the orifice diameter, which regulates the pilot gas pressures. The tests confirmed the valve’s performance, including its extremely short operating time required during the ignition and starting sequence of the actual engine.

밸브 입구 압력 변화에 따른 연소기 산화제 개폐밸브 열림 특성

홍문근(Moongeun Hong) 한국항공우주학회 2020 한국항공우주학회지 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.

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.

연소기 산화제 개폐밸브 닫힘 작동특성

홍문근(Moongeun Hong) 한국항공우주학회 2020 한국항공우주학회지 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.

연소기 산화제 개폐밸브 개방 특성

홍문근(Moongeun Hong) 한국항공우주학회 2017 한국항공우주학회지 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.

극저온 개폐밸브 작동에 따른 응축에 의한 수격 현상

홍문근(Moongeun Hong) 한국추진공학회 2024 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2024 No.5

2단계 개방 연소기 산화제 개폐밸브 개발

홍문근(Moongeun Hong) 한국항공우주학회 2017 한국항공우주학회지 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.

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.

CC 산화제 개폐밸브 유량계수 향상에 관한 연구

홍문근(Moongeun Hong) 한국항공우주연구원 2009 항공우주기술 Vol.8 No.2

발사체 추진시스템에서 CC(Combustion Chamber) 산화제 개폐밸브는 액체산소를 연소기로 공급 및 차단함으로써 연소를 개시 및 중단시킬 뿐만 아니라, 정상운영 상태에서는 연소기 내 안정된 연소가 가능하도록 일정한 유량의 액체산소를 공급한다. CC 산화제 개폐밸브 개발과 관련하여, TM(Technology Model)의 극저온 산화제 개폐밸브를 제작하여, 밸브의 정상적인 작동성능을 이미 확인한 바 있다. 반면 TM의 유량계수, Cv가 설계기준 값보다 상당히 작았기 때문에, 차기 개발 단계인 CC 산화제 개폐밸브 EM(Engineering Model)의 설계/제작을 통해 충분히 개선된 Cv 특성을 확보하기 위해 CFD 해석을 수행하였다. CFD 해석 결과, 밸브 출구 각도를 120°로 변경하고, 밸브의 부분적인 크기 증가와 스트록 길이를 증가시킴으로써 EM의 Cv를 상당히 향상시킬 수 있는 것으로 확인되었다. 유량시험을 통해 측정된 EM의 개선된 Cv는 최소 212로써, 기존 TM의 Cv값인 161보다 32%가량 증가된 것을 확인하였다. MOV(Main Oxidizer shut-off Valves) control the combustion of launch vehicle systems by the supply and the isolation of liquid oxygen to a main combustion chamber in launch vehicle systems. Moreover, in the steady operational state, the MOV should secure a constant flow rate of liquid oxygen for combustion instability in the combustion chamber. Concerning the development of MOV, TM(Technology Model) has been manufactured and normal operations of the valve have been verified. However, the Cv of TM has been proved to be too low as compared with a design specification value. Therefore, CFD analysis have been performed by modification of the configurations of TM in order to increase sufficiently Cv of EM(Engineering Model), which is the following model of TM. The modifications of TM configurations such as partial scale-up of valve, increase of stroke length, and outlet angle of 120° would result in a considerable augmentation of Cv. It has been verified by flow capacity tests that the improved Cv of EM is min. 212, which is higher than Cv of TM, 161 by about 32%.

2단계 개방 연소기 산화제 개폐밸브 작동시험

홍문근(Moongeun Hong) 한국추진공학회 2023 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.11