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일반적으로 팽창기 사이클 엔진의 경우 터보펌프 구동을 위 하여 재생냉각 채널에서의 에너지가 유입된 메탄을 활용하는데, 이에 따라 터빈의 압력비를 높이기 어려운 단점이 있다. 본 연 구에서는 이러한 단점을 해소하기 위한 방안으로 액체산소와 액 체메탄을 연료로 사용하는 팽창식 사이클 ...

일반적으로 팽창기 사이클 엔진의 경우 터보펌프 구동을 위 하여 재생냉각 채널에서의 에너지가 유입된 메탄을 활용하는데, 이에 따라 터빈의 압력비를 높이기 어려운 단점이 있다. 본 연 구에서는 이러한 단점을 해소하기 위한 방안으로 액체산소와 액 체메탄을 연료로 사용하는 팽창식 사이클 로켓 엔진 시스템을 구성하고 공칭성능을 예측하는 1차원 시스템 설계기법에 대한 연구를 수행하였다. 엔진의 요구조건은 소형발사체 상단에 적용 가능한 3톤급 엔진을 기본으로 정의하였으며, 각 구성 요소의 규격은 주어진 엔진 조건을 만족하는 파워 밸런싱 분석에 의해 결정되었다. 3톤의 추력을 가지는 로켓 엔진에 대한 파워 밸런 스 해석을 수행하였으며, 연료를 이용한 재생냉각방식 연소기의 열전달을 고려하였다. 채널 내에서 냉각제의 온도 변화는 1차원 Bartz 관계식을 이용하여 계산하였다. 연소가스의 물성치는 화 학평형 (chemical equilibrium) 방식으로 계산되었으며, 노즐에 따라 shift equilibrium으로 추정하였다. 8개의 비선형 연립방정 식에 대해서 Newton-Raphson 방법을 이용하여 수치해를 도출 하였다. 제시된 시스템 밸런스 기법과 재생냉각채널에서의 열전 달양의 모사에 대한 검증을 위하여 액체산소와 액체수소를 추진 제로 사용하는 RL-10 엔진과 비교하여, 활용가능한 수준의 결 과를 얻을 수 있었다. 산화제와 연료 각각에 터보펌프를 두는 방식의 팽창기 사이클에 대해서 본 연구에서 개발된 프로그램을 이용하여 시스템 밸런스 해석을 수행하였으며, 이를 통하여 연 소압은 30bar를 유지할 수 있었고 터빈 성능이 향상되면 최대 37bar의 연소압에 도달할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A study was conducted to construct an expander cycle rocket engine system using liquid methane as a fuel and predict performance. The preliminary requirements of the engine were determined and the specifications of each component were determined by power balance analysis with the given engine requir...

A study was conducted to construct an expander cycle rocket engine system using liquid methane as a fuel and predict performance. The preliminary requirements of the engine were determined and the specifications of each component were determined by power balance analysis with the given engine requirements. A thrust of 3 tonf was considered and its cooling scheme was simplified only to use regenerative cooling. The cooling channels were assumed to be one-dimensional axisymmetric and divided by 3 segments according to the number of the channels and the diameter of the nozzle. The temperature change of the coolant inside the channels was predicted with heat flux analysis. The properties of the combustion gas were obtained by CEA. Even though methane is desired as a fuel, LH2 was used firstly to validate the developed code. The results were compared with the data of RL-10 and it was found that the predictions were well-matched, while the heat transfer analysis was very simplified. Thus, this design tool can be used at the actual engine development.

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