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[국내논문] 산화제 개폐밸브의 극저온 유동시험에서 채터링의 고찰
A Study on the Chattering under Cryogenic Flow Test of a Oxidizer Shutoff Valve 원문보기

항공우주기술 = Aerospace engineering and technology, v.12 no.2, 2013년, pp.108 - 117  

이중엽 (공급계통팀) ,  한상엽 (공급계통팀) ,  이수용 (발사체엔진실)

초록
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가스발생기용 산화제 개폐밸브는 파일롯 공압으로 포핏을 열고 스프링 힘에 의해 닫음으로써 로켓엔진의 추진제 유량을 제어한다. 현재 개발 중인 산화제 개폐밸브는 액추에이터에서 압력을 제거하면 닫히도록 설계되어 있다. 그러므로 밸브의 성능을 평가하기 위해 밸브가 열리고 닫히는 특성에 따라 힘 평형 상태를 분석할 필요가 있다. 밸브가 닫히기 시작하는 시점의 작동 유체의 압력을 결정하고, 포핏이 열리는 시점의 압력을 결정되어 힘평형이 설계되어 있다. 인증시험 수준에서의 극저온 유동 시험 하에서 채터링 현상은 금속 기밀부에서 다량의 누설이 발생했다. 힘평형 계산을 이용한 산화제 밸브의 채터링이 발생된 시점의 압력은 약 11 bar로 예측 된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The oxidizer shutoff valve of a gas generator controls the mass flow rate of the propellant of a rocket engine using pilot pressure and spring the force of the valve. The developing oxidizer shutoff valve can be shut off if the pilot pressure is removed from the actuator. Therefore, force balancing ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 산화제 개폐밸브는 발사체 추진기관의 엔진공급계 구성품으로서 극저온 유체인 액체 산소의 차단과 개방을 목적으로 한다. 한국형발사체를 위해 개발 중인 액체로켓 엔진은 개방형 가스발생기 엔진이다.
  • 그러나 원내 극저온 상사 수류시험 장치를 이용한 기밀 확인 시험에서는 동종의 밸브의 경우, 금속 기밀부의 누설을 확인 하지 못했다. 이에 정상 및 비정상 극저온유체를 이용한 수류시험에서는 금속 기밀부에서 누설압력이 형성됨을 최종 확인했고, 채터링의 발생 원인임을 밝히고자 했다. 비정상 수류시험에서는 정상 수류시험 후반에 발생했던 파일롯 압력과 드레인 부의 과도 압력 증가에 대한 원인을 또한 찾고자 했다.
  • 이에 정상 및 비정상 극저온유체를 이용한 수류시험에서는 금속 기밀부에서 누설압력이 형성됨을 최종 확인했고, 채터링의 발생 원인임을 밝히고자 했다. 비정상 수류시험에서는 정상 수류시험 후반에 발생했던 파일롯 압력과 드레인 부의 과도 압력 증가에 대한 원인을 또한 찾고자 했다. 또한 조립시험단계와 극저온 수류 시험에서 발생 된 금속기밀부의 누설량은 시제품 밸브의 개발에서 주요 인자임을 확인했고, 수류 시험 당시 드레인 포트로 형성 된 누설 압력은 힘평형 계산을 통해 예측했다.
  • 본 논문에서는 조립시험 단계에서 시제품 밸브를 대기압 액체질소에 담그고 헬륨가압 방법을 이용하여 금속 기밀부에서 발생된 누설 결과를 검토하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산화제 개폐밸브란? 산화제 개폐밸브는 발사체 추진기관의 엔진공 급계 구성품으로서 극저온 유체인 액체 산소의 차단과 개방을 목적으로 한다. 한국형발사체를 위해 개발 중인 액체로켓 엔진은 개방형 가스발생기 엔진이다.
가스발생기는 어떠한 방식을 이용하는가? 한국형발사체를 위해 개발 중인 액체로켓 엔진은 개방형 가스발생기 엔진이다. 가스발생기는 터보펌프의 터빈을 회전시켜 축회전력을 생성하고, 발생된 회전수와 회전력을 이용하여 각 펌프로 토크를 전달하는 방식을 이용한다. 회전체 펌프에서 토출 된 추진제의 유동의 개폐를 통해 연소기의 점화와 연소를 유발한다.
밸브구동용 파일롯압력은 파일롯 포트로 입력되고, 벨로우즈 액추에이터가 압축 되며서 로드(Rod)와 포핏(Poppet)이 그림의 윗 방향으로 상승하게 된 후 포핏이 개방되는데 이때 어떠한 현상이 일어나는가? 이때 밸브구동압력은 스프링 압력과 유체력을 더한 값보다 크다. 따라서 밸브의 포핏이 개방이 개방을 유지하게 되며 동시에 금속 재질의 시트가 닫히게 된다. 로드와 가이드는 밸브의 개폐를 위해 지속적으로 왕복운동하게 되는데, 이 때 일정한 가공공차를 두어 운동 마찰력을 최소화 하도록 한다.
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참고문헌 (7)

  1. 이중엽, "가스발생기 산화제 개폐밸브의 극저온 유동시험, ART-ljy-13-008 DM, 2013, pp.1-24. 

  2. 이중엽, 이수용, "75톤 연소기용 연료개폐밸브의 특성에 대한 고찰", 항공우주기술, 제11권, 제1호, 2012, pp.84-90. 

  3. 이중엽, 허환일, "가스발생기 연료개폐밸브의 동적 거동", 한국추진공학회지, 제14권, 제4호, 2010, pp.1-9. 

  4. 전재형, 홍문근, 김현준, 이수용, "산화제 개폐밸브의 힘평형에 관한 연구", 한국항공우주학회지, 제37권, 제8호, 2009, pp. 812-818. 

  5. 홍문근, 이수용, "산화제 개폐밸브의 힘평형", 한국추진공학회 춘계학술대회, 2008, pp.14-17. 

  6. 이중엽, 이수용, "솔레노이드 밸브의 고유유량계수에 대한 실험과 성능예측", 항공우주기술지, 제10권, 제1호, pp.70-78. 

  7. 이중엽, "75톤급 연소기연료용 개폐밸브의 고유유량계수 실험", KARI-ARP-TM-2011-004, pp.1-25. 

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