[논문]액체로켓 연소기 지상연소시험설비 운영 및 관리 기술

강동혁; 임병직; 문일윤; 서성현; 한영민; 최환석

액체로켓 연소기 지상연소시험설비 운영 및 관리 기술
Operation and Maintenance Techniques for Liquid Rocket Combustor Ground Firing Test Facility 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.11 no.3 = no.40, 2007년, pp.43 - 49

강동혁 (한국항공우주연구원 연소기팀) , 임병직 (한국항공우주연구원 연소기팀) , 문일윤 (한국항공우주연구원 연소기팀) , 서성현 (한국항공우주연구원 연소기팀) , 한영민 (한국항공우주연구원 연소기팀) , 최환석 (한국항공우주연구원 연소기팀)

초록
AI-Helper

한국 최초의 액체로켓인 과학로켓 3호(KSR-III) 엔진 개발을 위해 로켓엔진 연소기 지상연소시험설비가 2001년도에 한국항공우주연구원 내에 준공되었다. 본 시험설비는 준공 후 현재 약 170회에 이르는 액체로켓엔진 연소기 시험을 수행하였으며, 그 과정에서 설비 능력에 대한 많은 개량이 이루어졌다. 본 논문에서는 한국항공우주연구원 액체로켓엔진 연소기 지상연소시험설비의 개요와 수행시험, 그리고 그 동안 축적해 온 설비 운영기술에 대하여 소개한다.

Abstract ▼ AI-Helper

A ground firing test facility for Liquid Rocket Engine(LRE) combustor was built in Korea Aerospace Research Institute(KARI) in 2001 to support the development of the first Korean LRE for the KSR-III. About 170 tests were conducted up to date since its establishment and in the meantime a considerable improvements were made in the facility capability. This paper describes the outline, conducted tests and operation techniques which have been acquired through the operation of the test facility.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이것은 다른발사체 선진국들과 비교할 때 비록 시험설비의 성능 및 기능면에서는 부족한 면이 있지만 시험장운영기술에 있어서는 결코 뒤지지 않는다는 점을보여준다. 본 논문에서는 2001년 지상연소시험설비 준공 후 현재까지 설비를 운영해 오면서 수행한 연소/수류시험과 설비개요, 시험장 운영기술에 대한 전반적인 사항들을 소개한다.
한국항공우주연구원 지상연소시험장에 대한 전반적인 소개와 운영에 관해 살펴보았다. 2001년설비 준공 후 2002년도에 성공적으로 발사된 KSR-ffl 연소기 시험 경험을 바탕으로 새로운 연소기 개발을 위한 설비 개량을 실시하였다.

제안 방법

2001년 4월 14일 설비수류시험을 시작으로 2007년 3월 현재까지 총 176회의 연소기 개발관련 시험을 수행하였고, 2004년 12월에 설비 개선후 48회 시험을 성공적으로 수행하였다(Table 3).
2001년설비 준공 후 2002년도에 성공적으로 발사된 KSR-ffl 연소기 시험 경험을 바탕으로 새로운 연소기 개발을 위한 설비 개량을 실시하였다. 그결과 초기 시험 규격 대비 연소압 기준으로 약 4 배에 이르는 고압을 갖는 연소기에 대한 수냉각및 연료냉각 시험을 성공적으로 수행하고 있다.
본 시험설비의 규격은 설비 준공 시 국내 최초액체로켓 엔진인 KSR-m 규격에 맞추어 설계점연소압 13 bar, 추력 12.5 tonf의 연소기를 시험할수 있도록 건설되었다. 하지만 현재는 새로운 규격의 연소기 개발을 위해 설계점 연소압 52.
설비개선은 추진제 공급 시스템, 추력측정설비, 재생냉각 시험설비의 세 부분에 대하여 이루어졌고, 그 외의 시스템에 대해서는 큰 변경 없이 사용되었다. 설비개선에 대한 사항은 참고문헌[6, 기에 자세히 나타나있다.
연소시험 시 발생 가능한 화재나 폭발에 대비하여 자동작동 및 원격제어가 가능한 하론을 이용한 소화설비가 산소 공급실, Kerosene 공급실, Binding부에 설치되어 있고, 특히 Binding부는스프링클러 설비가 추가로 설치되어 있고 소음기실은 폭발에 대비한 팽창 도어를 설치하였다. 또한 시스템의 오작동 및 발생 가능한 사고에 대비하여 런탱크에 저장된 추진제들이 비상 드레인부로 신속히 배출되도록 설계되어 있고, 시스템의 기능상 중요한 밸브는 전원이 차단되었을 때 정해진 열림과 닫힘 상태가 되도록 적절하게 설계되어 있다.
연소시험을 수행하는 과정에서 추진제를 가압하기 위해 기체질소를 많이 사용하고 있어 산소 공급실, Kerosene 공급실, 질소 준비실 및 실제 연소가 이루어지는 Binding부에 산소검출기를 설치하고 독립적으로 가동되는 급/배기장치를 설치하였다.

대상 데이터

그리고 추진제의 공급 방식에 따라 가스 가압식과터보 펌프식으로 구분할 수 있다. 본 시험설비는 가스 가압식 수평형 지상연소시험설비로서, 주요구성은 유공압시스템, 제어/계측시스템, 그리고기타 부대설비로 이루어진다.
본 시험장에서 사용하는 위험물은 연료로 사용되는 Jet-Al(항공유), 점화제로 사용되는 TEAL 과 부품을 세척할 때 사용되는 메타크린 (Metaclean) 이 있다. 접촉성 발화물질인 TEALe대기노출 시 자발연소가 이루어지기 때문에 취급에 각별히 유의해야하고, 휘발성이 강한 메타크린은 눈과 접촉할 경우 시력손상이 발생할 수있기 때문에 취급에 유의해야한다.
연소시험장의 안전한 운영을 위해 본 설비는산소 농도를 측정하여 위험 사항을 알리는 산소검출시스템, 화재발생 시 가동되는 스프링클러/ 하론(Halon) 소화설비, 연소시험 수행 시 긴급한상황에 대비한 장치, 시험장 내/외부를 감시하는 15대의 CCTV장치가 설치되어있다. 연소시험을 수행하는 과정에서 추진제를 가압하기 위해 기체질소를 많이 사용하고 있어 산소 공급실, Kerosene 공급실, 질소 준비실 및 실제 연소가 이루어지는 Binding부에 산소검출기를 설치하고 독립적으로 가동되는 급/배기장치를 설치하였다.
추진제로 사용되는 Kerosenee 제4류 위험물의제2석유류로 분류되는데, 본 시험장에는 10, 000리터를 보관할 수 있는 옥외저장시설과 5, 900리터를 보관할 수 있는 옥내저장시설이 있다(Fig. 7).

후속연구

그결과 초기 시험 규격 대비 연소압 기준으로 약 4 배에 이르는 고압을 갖는 연소기에 대한 수냉각및 연료냉각 시험을 성공적으로 수행하고 있다. 또한 2007년 상반기에 재생냉각 연소기에 대한시험을 수행할 예정이다. 본 설비 운영을 통해 축척된 기술과 경험은 앞으로 수행될 액체로켓연소기의 개발과.
또한 2007년 상반기에 재생냉각 연소기에 대한시험을 수행할 예정이다. 본 설비 운영을 통해 축척된 기술과 경험은 앞으로 수행될 액체로켓연소기의 개발과. 성능평가에 훌륭한 밑거름이 될것이다.

참고문헌 (7)

조광래 外, "3단형 과학로켓 개발사업", 한국항공우주연구원 보고서, 2003
한영민, 조남경, 정용갑, 김승한, 문일윤, 박성진, 이광진, 고영성, 김영한, 이강엽, 김형모, 이수용, 이대성, "액체로켓엔진 지상 연소성능 시험설비", 한국항공우주학회 춘계학술발표회, 2002, pp.459-466
한영민, 조남경, 김승한, 정용갑, 박성진, 이광진, 김영한, 문일윤, "RETF 액체산소 공급설비 및 엔진 수류시험" , 항공우주기술지 제1권 제2호, 2002, pp.123-131
조남경, 문일윤, 정용갑, 김승한, 한영민, 이수용, 박종찬, "로켓엔진 지상연소시험장에서의 후류처리설비", 한국추진공학회 제17회 학술대회 논문집, 2001, pp.6-7
조남경, 문일윤, 정용갑, 한영민, 이수용, "로켓엔진 지상연소시험장에서의 물분사를 이용한 소음저감 설비", 대한기계학회, 추계학술대회, 2001, pp.472-478
이광진, 서성현, 임병직, 문일윤, 한영민, 최환석, "30톤급 연소기의 연소시험을 위한 설비 개량" , 한국추진공학회 제24회 춘계학술대회 논문집, 2005, pp.313-317
문일윤, 김승한, 김종규, 임병직, 이광진, 김인태, "실물형 연소기의 점화시험", 한국추진공학회 제24회 춘계학술대회 논문집, 2005, pp. 265-268

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