연소시퀀스에 따른 다단연소사이클 액체로켓엔진의 시동특성 분석|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

고성능, 고추력, 고효율 재사용이 가능한 차세대 발사체로서 다단연소사이클 액체로켓엔진 개발이 필요하다. 본 연구에서는 다단연소사이클 엔진의 시동특성을 파악하기 위해 다단연소사이클 엔진용 시동해석 프로그램을 개발하였고, 시험엔진 연소시험데이터를 활용하여 엔진용 시동해석 프로그램 사용가능여부를 판단하였다. 또한, 새롭게 개발하는 추력개량엔진의 시동특성을 해석하였다. 그리고 다양한 시퀀스에서 추력개량엔진의 시동특성 변화와 동특성 경향을 분석하였다.
초기시동구간은 급격한 물리적변화가 일어나므로 안전상의 이유로 연소시험으로 분석하는 것은 한계가 있다. 때문에 시험 조건이나 시동 시퀀스에 대한 해석적 분석의 선행될 필요가 있다. 로켓엔진의 시동 시퀀스는 안정적으로 점화하면서 시동에 소요되는 시간을 단축하여 최대한 빠르게 정상상태에 도달하도록 만들어 추력과 관계없는 추진제의 소모량을 줄이는 것이 중요하다.
MFV(메인연료밸브)가 열리는 시점은 고정시킨 채, GOV(산화제밸브) 개방시간, GFV (예연소기 연료밸브) 개방시간, 시동터빈 종료시점, THCV 개도를 조절하여 연소시퀀스와 시동특성 관계 경향성을 분석하였다.

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고성능, 고추력, 고효율 재사용이 가능한 차세대 발사체로서 다단연소사이클 액체로켓엔진 개발이 필요하다. 본 연구에서는 다단연소사이클 엔진의 시동특성을 파악하기 위해 다단연소사...

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

It is necessary to develop a staged combustion cycle liquid rocket engine as a next-generation launcher that can reuse high performance, high power, and high efficiency. In this study, a start analysis program for a staged combustion cycle engine was developed to understand the start-up characteristics of a staged combustion cycle engine, and the availability of a start-up analysis program for the engine was determined using test engine combustion test data. In addition, the start-up characteristics of the newly developed thrust improvement engine were analyzed. In addition, changes in starting characteristics and dynamic characteristics of thrust improvement engines were analyzed in various sequences. Since the initial starting section undergoes a rapid physical change, there is a limit to analyzing it with a combustion test for safety reasons. Therefore, analytical analysis of test conditions or starting sequences needs to be preceded. It is important to reduce the amount of propellant consumption unrelated to thrust by reducing the starting time of the rocket engine while stably igniting it and making it reach its normal state as soon as possible.
The tendency of the relationship between the combustion sequence and the start-up characteristics was analyzed by adjusting the opening time of the GFV, the opening time of the GOV, the closing time of the starting turbine, and the opening rate of the THCV.

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목차 (Table of Contents)

목 차
1. 서론 1
1.1 연구필요성 1
1.2 연구방향 및 목적 3

목 차
1. 서론 1
1.1 연구필요성 1
1.2 연구방향 및 목적 3
2. 연구배경 5
2.1 시동해석 연구동향 5
2.2 시동해석 프로그램 종류 6
2.3 다단연소사이클 시동방식 및 절차 8
2.3.1 NK-33 9
2.3.2 RD-8 10
2.3.3 RD-191 11
2.4 액체로켓엔진 사이클 12
2.4.1 가압식 12
2.4.2 터보펌프방식 13
2.4.2.1 가스발생기사이클 15
2.4.2.2 다단연소사이클 16
2.4.2.3 팽창식사이클 17
3. 시동해석 방법 18
3.1 엔진구성 18
3.2 시동특성에 대한 수학적모델링 19
3.2.1 시동터빈 19
3.2.2 배관채움 21
3.2.3 배관 22
3.2.4 메인터빈 23
3.2.5 펌프 24
3.2.6 연소기 25
3.3 시동해석 프로그램 개발 26
3.3.1 시동해석 프로그램 개요 26
3.3.2 변수설정 28
3.3.3 시동해석 프로그램 구성 31
4. 해석결과 34
4.1 시동해석 프로그램검증 34
4.1.1 연소시험 시퀀스 36
4.1.2 연소시험데이터와 시뮬레이션 결과비교 43
4.2 추력개량엔진 시동시퀀스 연구 51
4.2.1 시험엔진과 추력개량엔진의 시동특성해석 결과비교 53
4.2.2 GOV(산화제밸브) 개방시간 조정 55
4.2.3 GFV(예연소기 연료밸브) 개방시간 조정 57
4.2.4 시동터빈 종료시점 조정 61
4.2.5 THCV 개도변경 64
4.2.6 THCV 개도, GOV 개방시간 혼합변경 67
5. 결론 76
참고문헌 79

참고문헌 (Reference)

1. 액체로켓엔진시스템 I, 문인상, 과학기술연합대학원대학교, , 2016

2. 액체로켓엔진 기술 전망, 정은환, 조원국, 하성업, 김진환, 문인상, 항공우주산업기술동향, 15(1), 106-114, , 2016

3. 예연소기 개발관련 금속발화, 문인상, 문일윤, 하성업, 한국추진공학회 춘계학술대회 논문집, 50-55, , 2015

4. 다단연소사이클 엔진 시동절차 연구, 문인상, 하성업, 문일윤, 한국추진공학회 춘계학술대회 논문집, 95-98, , 2013

5. 한국형발 사체 액체로켓엔진 시스템, 박순영, 설우석, 문윤완, 남창호, 김철웅, 조원국, 한국추진공학회지, 14(1), 55-64, , 2010

6. 9톤급 다단연소엔진 연소기 개념설계, 전준수, 우성필, 이광진, 유병일, 임지혁, 한영민, 한국추진공학회 추계학술대회 논 문집, 1044-1046, , 2016

7. 로켓엔진의 시동에 관한 해석적 연구, 설우석, 박순영, 한국추진공학회, 11(5), 60-71, , 2007

8. 액체로켓엔진 파워팩 1 차원 시동해석, 김성룡, 조성휘, 김홍집, 유성하, 한국연소학회지, 24(1), 39-45, , 2019

9. 액체로켓엔진의 2단 시동에 관한 연구, 조원국, 박순영, 한국전산유체공학회 춘계학술대회논문집, 324-327, , 2008

10. 다단연소사이클 엔진 파워팩 시동해석, 문인상, 이수지, 한국추진공학회지, 20(3), 1-8, , 2016