[논문]연소기 연소시험설비 고압가스 공급시스템 설계

정용갑; 조남경; 한영민

doi:10.6108/kspe.2014.18.1.085

연소기 연소시험설비 고압가스 공급시스템 설계
Design of Compressed Gas Supply System for Combustion Chamber Test Facility 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.18 no.1, 2014년, pp.85 - 90

정용갑 (Propulsion Test and Evaluation Team, Korea Aerospace Research Institute) , 조남경 (Propulsion Test and Evaluation Team, Korea Aerospace Research Institute) , 한영민 (Propulsion Test and Evaluation Team, Korea Aerospace Research Institute)

초록
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액체 추진 엔진 개발을 위해서는 서브시스템인 연소기 개발이 선행되어야 하고 설계 및 제작된 연소기의 성능 검증은 연소기 연소시험설비(CCTF)에서 수행된다. 연소기 연소시험설비는 로켓 엔진의 연소기를 개발하기 위한 시험 설비로 산화제로는 액체산소(Liquid Oxygen)를 사용하고 연료로는 케로신(Kerosene)을 사용한다. 이러한 추진제는 질소가스를 사용하여 고압으로 추진제 런탱크를 가압하여 연소실로 공급하게 된다. 우주센터에 구축 예정인 연소기 연소시험설비에 대한 상세설계가 수행되었으며, 본 논문에서는 고압가스 공급시스템에 대한 설계 결과를 소개하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

To develop liquid propulsion engine, the development of combustion chamber must be preceded. For performance validation of the combustion chamber, the designed and manufactured combustion chamber should be tested in combustion chamber test facility (CCTF). The CCTF is the test facility to develop the combustor of rocket engine, which uses liquid oxygen as a oxidizer and kerosene as a fuel. Present paper introduces the detailed design results of compressed gas supply system of CCTF, which is planned to be installed at Naro Space Center.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 이들 시스템 중에서 고압가스 저장시스템과 고압가스 분배시스템, 고압가스 감압시스템 등으로 구성된 고압가스 공급시스템에 대한 설계 결과를 소개하고자 한다.

제안 방법

감압된 이종의 가스를 하나의 판넬에 배관을 구성하여 공급하거나 추진제 작동탱크의 압력교정을 위한 7개의 DVU 판넬도 설계되었다.
그리고 고압용기 충전부에 PVU 1.1 수동 판넬이 있어 각 섹션별로 충전을 제어하게 되고 고압용기 반대쪽의 토출부에는 SVU(Switching Valve Unit) 30.1 수동 판넬이 있어 섹션별로 선택적으로 사용하거나 3개의 모든 섹션을 사용할 수 있도록 설계되었다.
그리고 헬륨가스 저장시스템에서와 마찬가지로 고압용기 충전부에 3개의 PVU 수동 판넬이 있어 각 섹션별로 충전을 제어하고 고압용기 반대쪽의 토출부에도 마찬가지로 3개의 SVU 수동 판넬이 있어 섹션별로 선택적으로 사용하거나 3개의 모든 섹션을 사용할 수 있도록 설계되었다.
질소가스 저장시스템은 질소가스 생산시스템으로부터 고압으로 승압되어 수동 판넬인 NPuR 0.2와 PVU 1.2 및 PVU 1.3, PVU 1.4을 통하여 각 PVU 수동 판넬에 각각 3개의 섹션으로 구분되어 고압용기에 질소 가스를 최대 400 bar로 저장하도록 설계되었다.
헬륨가스 저장시스템은 헬륨가스 생산시스템의 압축기를 이용하여 중압의 헬륨가스를 고압으로 승압하여 수동 판넬인 HPuR (Helium Pumping Rack) 0.1과 PVU (Pumping Valve Unit) 1.1을 통하여 총 9개의 고압용기가 3개의 섹션(3개, 3개, 3개)으로 구분되어 헬륨 가스를 각 섹션의 고압용기에 최대 400 bar로 저장하도록 설계되었다.

후속연구

연소기 개발 시 성능 검증을 위한 시험 설비인 연소기 연소시험설비가 본 논문의 고압가스 공급시스템 설계 결과를 기준으로 나로우주센터에 구축 중에 있으며 구축이 완료되면 고압가스 공급시스템에 대한 인증시험을 수행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연소기 연소시험설비란 무엇인가?	연소기 연소시험설비(CCTF)는 액체 추진기관의 주요 구성요소인 연소기에 대하여 성능 검증을 수행하기 위한 설비이다. 연소기 성능 검증은 설계 및 탈설계 조건에 대하여 수류시험과 연소시험을 통하여 연소기의 성능을 검증하게 된다.
	발사체의 추진기관은 산화제와 연료의 공급방식에 따라 어떻게 구분되는가?	발사체의 추진기관은 추진제인 산화제와 연료의 공급방식에 따라 가압식 추진기관과 터보펌프식 추진기관으로 구분된다. 한국형 발사체(KSLV-II)의 추진기관은 가압제로 헬륨가스를 사용하고 산화제로 액체산소(Liquid Oxygen), 연료로 케로신(Kerosene)을 사용하는 터보펌프 공급방식 액체엔진으로 개발이 진행되고 있다.
	연소기 연소시험설비로 어떻게 연소기의 성능을 검증하는가?	연소기 연소시험설비(CCTF)는 액체 추진기관의 주요 구성요소인 연소기에 대하여 성능 검증을 수행하기 위한 설비이다. 연소기 성능 검증은 설계 및 탈설계 조건에 대하여 수류시험과 연소시험을 통하여 연소기의 성능을 검증하게 된다. 본 설비의 주요 구성은 산화제인 액체산소를 저장 및 공급하는 산화제 시스템과 연료인 케로신을 저장 및 공급하는 연료 시스템 그리고 가압제인 질소가스 생산과 연료의 냉각 등을 위한 액체질소 시스템, 고압가스 공급시스템, 소화/안전 시스템, 부대 시스템 등으로 구분할 수 있다.

참고문헌 (2)

Lee, K.J, Lim, B.J., Seo, S.H., Han, Y.M., and Choi, H.S., "Sub-System Requirements of a Pressured-fed Hot-firing Test Facility for the Performance Assessment of a LRE Thrust Chamber," Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, Vol. 15, No. 4, pp. 94-102, 2011.
Chung, Y.G., Cho, N.K., and Han, Y.M., "Modeling and Simulation of Combustion Chamber Test Facility Oxidizer Supply System," Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, Vol. 16, No. 6, pp. 92-97, 2012.

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