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30톤급 액체로켓엔진용 터보펌프 실매질시험
Real-Propellant Test of a Turbopump for a 30-Ton Thrust Level of Liquid Rocket Engine 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.13 no.3 = no.52, 2009년, pp.20 - 26  

홍순삼 (한국항공우주연구원 터보펌프팀) ,  김대진 (한국항공우주연구원 터보펌프팀) ,  김진선 (한국항공우주연구원 터보펌프팀) ,  김진한 (한국항공우주연구원 터보펌프팀)

초록
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30톤급 액체로켓엔진용 터보펌프에 대하여 실매질을 사용하여 성능시험이 이루어졌다. 산화제펌프와 연료펌프에는 각각 액체산소, 케로신의 실매질을 사용하고 터빈에는 고압의 상온 수소가스가 사용되었다. 터보펌프는 설계점과 탈설계점의 전 영역에서 안정적으로 작동하였고 요구되는 성능 조건을 만족 시켰으며 이로써 엔진 서브시스템 수준의 터보펌프 개발이 성능 측면에서 검증되었다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 단일 운전으로 세 운용점에서 총 75초간 작동된 경우의 시험결과를 소개하였다. 펌프와 터빈의 성능 특성 관점에서 터보펌프 조립체의 실매질 성능시험 결과와 터보펌프 구성품의 상사 성능시험 결과가 양호하게 일치하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Turbopump test for a 30-ton-thrust liquid rocket engine was carried out using real-propellant. Liquid oxygen, kerosene, cold hydrogen gas were used for the oxidizer pump, the fuel pump, and the turbine, respectively. The turbopump was reliably operated at the design and off-design conditions and the...

주제어

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문제 정의

  • 본 시험에 사용된 터보펌프의 경우 먼저 상기의 단품 및 조립체 상사시험이 이루어졌고 이후 실매질을 사용하여 국외에서 성능시험이 이루어졌다. 본 논문은 이 실매질 성능시험에 대하여 기술한다. 실매질 시험의 목적은 펌프에 실매질을 사용할 때 터보펌프의 수력 및 공력 성능 점검뿐 아니라 펌프 운전의 안정성 점검, 펌프-터빈 동력균형 점검, 터보펌프 진동 점검, 터보펌프 실(seal) 점검 등을 하는 것이다.
  • 본 논문은 이 실매질 성능시험에 대하여 기술한다. 실매질 시험의 목적은 펌프에 실매질을 사용할 때 터보펌프의 수력 및 공력 성능 점검뿐 아니라 펌프 운전의 안정성 점검, 펌프-터빈 동력균형 점검, 터보펌프 진동 점검, 터보펌프 실(seal) 점검 등을 하는 것이다. 그리고 본 시험에 이어서 터보펌프-가스발생기 폐회로 연계 시험(터보펌프로부터 공급받은 추진제를 가스발생기에서 연소시키고 이 연소가스로 터보펌프를 구동하는 형식)이 성공적으로 이루어졌다[8].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
액체산소와 케로신을 추진제로 하는 가스발생기 사이클의 30톤급 액체로켓엔진에 적용 가능한 터보펌프의 구성과 형식은? 현재 한국항공우주연구원(이하 항우연)에서는 액체산소와 케로신을 추진제로 하는 가스발생기 사이클의 30톤급 액체로켓엔진에 적용 가능한 터보펌프를 개발하고 있다[1, 2]. 이 터보펌프는 단단 원심형의 산화제펌프와 연료펌프, 그리고 단단 충동형의 터빈으로 구성되어 있으며 한 개의 터빈이동일 축에 있는 두 개의 터보펌프를 구동하는 형식이다. 터보펌프에서 연소실로 공급되는 추진제의 일부가 가스발생기로 공급되며 여기에서 연소되어 생성된 고온/고압 가스가 터보펌프의 터빈에 공급되어 터보펌프가 작동된다.
터보펌프의 역할은? 터보펌프는 액체로켓엔진에서 추진제를 가압하여 연소실로 공급하는 역할을 한다. 현재 한국항공우주연구원(이하 항우연)에서는 액체산소와 케로신을 추진제로 하는 가스발생기 사이클의 30톤급 액체로켓엔진에 적용 가능한 터보펌프를 개발하고 있다[1, 2].
상사매질을 이용한 터보펌프 시험에는 무엇이 있는가? 제작된 터보펌프에 대한 성능시험은 먼저 상사매질을 이용하여 단품시험 및 조립체시험이 이루어진 후 실매질을 이용하여 조립체시험이 이루어진다. 상사매질을 이용한 시험에는 펌프 단품 성능시험, 터빈 단품 성능시험, 조립체 성능시험 등이 있으며 이 시험들은 항우연내의 시험설비를 이용하여 수행된다[1, 2]. 펌프 단품 상사 성능시험에서는 상온의 물을 매질로 하고 전기모터로 펌프를 구동하며 이 시험을 통하여 펌프의 양정-유량 특성, 효율-유량 특성, 캐비테이션 특성, 그리고 축추력특성이 얻어진다[3, 4].
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참고문헌 (10)

  1. 김진한, 홍순삼, 정은환, 최창호, 전성민, '30톤급 액체로켓엔진용 터보펌프 개발현황,' 제25회 한국추진공학회 추계학술발표대회 논문집, 2005, pp.375-383 

  2. Kim, J., Hong, S. S., Jeong, E. H., Choi, C. H., Jeon, S. M., 'Development of a Turbopump for a 30 Ton Class Engine,' Proceedings of the 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Cincinnati, OH., 2007, AIAA 2007-5516 

  3. 김대진, 홍순삼, 최창호, 김진한, '로켓엔진용 산화제펌프의 수류시험,' 제4회 한국유체공 학학술대회 논문집, 2006, pp.523-526 

  4. 홍순삼, 김대진, 김진선, 최창호, 김진한, '터보펌프의 수력 성능시험,' 한국추진공학회지, 제10권, 제1호, 2006, pp.18-22 

  5. 정은환, 김진한, '충동형 터빈에 대한 시험적 고찰,' 유체기계저널, 제8권, 제6호, 2005, pp.26-32 

  6. 정은환, 박편구, 김진한, '초음속 충동형 축류터빈의 부분분사비 효과에 대한 실험적 연 구,' 한국추진공학회지, 제11권, 제4호, 2007, pp.59-66 

  7. 홍순삼, 김대진, 김진선, 김진한, '액체로켓용 터보펌프의 고온 성능시험,' 제8회 우주발사체기술 심포지움, 2007, pp.56-60 

  8. 김승한, 남창호, 김철웅, 문윤완, 설우석, '터보펌프+가스발생기 폐회로 연계시험,' 제31 회 한국추진공학회 추계학술발표대회 논문집, 2008, pp.192-132 

  9. Takida, J., Yoshikawa, K., Ogawara, A., Atsumi, M., Miyagawa, K., Kobayashi, K., Miyawaki, T., 'Development of High Performance Oxidizer Turbo-pump,' Proceedings of the 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Cincinnati, OH., 2007, AIAA 2007-5509 

  10. Kinefuchi, K., Uchiumi, M., Inoue, M., Hirata, K., 'LE-7A FTP Full Load Cold Run,' Proceedings of Asian Joint Conference on Propulsion and Power, Kitakyushu, Japan, 2005, AJCPP2005-22033 

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