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터보펌프용 전진익형 인듀서 흡입성능 유동해석
Numerical Simulation of Suction Performance of a Forward-Sweep Inducer for Turbopumps 원문보기

한국유체기계학회 논문집 = The KSFM journal of fluid machinery, v.17 no.3, 2014년, pp.13 - 18  

최창호 (한국항공우주연구원 터보펌프팀) ,  노준구 (한국항공우주연구원 터보펌프팀) ,  김진한 (한국항공우주연구원 터보펌프팀)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Computational and experimental studies on a forward-sweep inducer for turbopumps were performed to see the effect of the blade sweep on the suction performance of the inducer. Computational results show that backflows at the inlet decrease in the case of the forward-sweep inducer by inhibiting pre-r...

주제어

#인듀서   #터보펌프   #역류   #흡입성능  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기존의 인듀서에 대한 연구는 대부분 후진익형에 대해서 집중되어왔다.(6) 그러나 본 연구에서는 앞전 허브에 응력이 집중되는 구조적인 문제로 터보펌프에 많이 채택되지 않아서 연구수행이 미진하였던, 팁이 허브에 비해서 앞으로 나온 전진익형(forward sweep) 인듀서에 대해서 연구를 수행하였다. 이전 연구에서는 최 등(7, 17)이 전진익형 인듀서에 대한 수력성능 수치해석을 수행한 바 있으나, 본 연구에서는 수치해석적 기법을 사용하여 전진익형 인듀서의 흡입성능을 예측하였으며, 실험값과 비교하였다.
  • 본 연구에서는 터보펌프용 전진익형 인듀서에 대한 캐비테이션 유동해석이 수행되었다. 본 연구의 결과를 요약하면다음과 같다.

가설 설정

  • (13∼14) 즉, Fig. 2와 같이 실선으로 표시된 실제 압력과 밀도의 상관관계를 점선으로 모사하여 압력에 따라서 순수 기체, 기체와 액체 혼합물, 순수 액체로 각각 가정하고, 이러한 압력과 밀도의 상관관계를 이용하여 계산된 압력으로 유체의 밀도를 결정하는 기법을 사용한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가압식의 장단점은 무엇인가? 즉, 고압의 연료를 탱크에 직접 저장하는 가압식과 저압으로 탱크 내에 저장된 연료를 터보펌프로 가압시키는 터보펌프 방식이 있다. 가압식은 구조가 간단한 장점이 있지만, 고압을 유지하기 위하여 탱크의 무게가 증가하게 되고 결국 발사체가 무거워지는 단점이 있다. 반면, 터보펌프 방식은 고속으로 회전하는 터보펌프와 관련한 진동 및 캐비테이션 (cavitation) 제어 등의 고도의 기술을 필요로 하지만 공급탱크의 경량화가 가능하여 발사체를 가볍게 할 수 있는 장점이 있다.
액체로켓은 어떻게 추진력을 얻는가? 액체로켓은 액체연료와 산화제를 연소시켜 분사시킴으로써 추진력을 얻는다. 이 때 액체연료와 산화제가 가압상태로 연소실에 공급되어야 하는데, 가압방식에는 크게 두 가지가있다.
액체로켓의 액체연료 가압방식에는 무엇이 있는가? 이 때 액체연료와 산화제가 가압상태로 연소실에 공급되어야 하는데, 가압방식에는 크게 두 가지가있다. 즉, 고압의 연료를 탱크에 직접 저장하는 가압식과 저압으로 탱크 내에 저장된 연료를 터보펌프로 가압시키는 터보펌프 방식이 있다. 가압식은 구조가 간단한 장점이 있지만, 고압을 유지하기 위하여 탱크의 무게가 증가하게 되고 결국 발사체가 무거워지는 단점이 있다.
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참고문헌 (19)

  1. Huzel, D. K. and Huang, D. H., 1992, Modern Engineering for Design of Liquid-Propellant Rocket Engines, AIAA Press. 

  2. Brennen, C. E., Hydrodynamics of Pumps, Concepts ETI, Inc. and Oxford University Press, Oxford, 1994. 

  3. 김진한, 홍순삼, 정은환, 최창호, 전성민, 2005, "30톤급 액체로켓엔진용 터보펌프 개발 현황", 제25회 한국추진공학회 추계학술발표대회 논문집. 

  4. 최창호, 홍순삼, 김진한, 2003, "인듀서 성능예측에 대한 수치해석적 연구," 한국항공우주학회지, 제 31권, 제 6호, pp. 72-78. 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. 최창호, 노준구, 김대진, 홍순삼, 김진한, 2006, "유동해석을 이용한 터보펌프 성능예측," 한국항공우주학회지, 제 34권, 제 4호, pp. 70-74. 

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  6. Choi, C. H., Noh, J. G., Kim, J. S., Hong, S. S., and Kim, J. H., 2006, "Effects of a Bearing Strut on the Performance of a Turbopump Inducer," Journal of Propulsion and Power, Vol. 22, No. 6, pp. 1413-1417. 

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  7. Choi, C. H., Kim, J. S., and Kim, J., 2009, "Study on the Forward-Sweep Inducer for LRE Turbopumps," Acta Astronautica, Vol. 65, pp. 214-220. 

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  8. Hong, S. S., Kim, J. S., Choi, C. H., and Kim, J., 2006, "Effect of Tip Clearance on the Cavitation Performance of a Turbopump Inducer," Journal of Propulsion and Power, Vol. 22, No. 1, pp. 174-179. 

    상세보기 crossref

  9. 김대진, 홍순삼, 최창호, 김진한, 2006, "로켓엔진용 산화제펌프의 수류시험," 제 4회 한국유체공학학술대회 논문집, 제 1권, pp. 523-526. 

  10. Choi, C. H., Noh, J. G., Kim, D. J., Hong, S. S., and Kim, J. H., 2009, "Effects of Floating-Ring Seal Clearance on the Pump Performance for Turbopumps," Journal of Propulsion and Power, Vol. 25, No. 1, pp. 191-195. 

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  11. 강병윤, 추성한, 강신형, 2013, "흡입 유로 형상이 터보펌프의 성능 및 캐비테이션에 미치는 영향에 관한 실험적 연구," 한국유체기계학회 논문집, 제16권, 제2호, pp. 21-26. 

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  12. 최창호, 노준구, 김진한, 2010, "터보펌프용 인듀서에 대한 캐비테이션 유동해석," 유체기계저널 제 13권, 제 3호, pp. 49-53. 

    원문보기 상세보기 crossref

  13. Flores, N. G., Rolland, J., Goncalves, E., Patella, R. F., and Rebattet, C., 2006, "Head Drop of Spatial Turbopump Inducer," Sixth International Symposium on Cavitation, CAV2006, Wageningen, Netherlands September 2006. 

  14. Delannoy Y., and Kueny, J. L., 1990, "Two phase approach in unsteady cavitation modelling," Cavitation and Multiphase Flow Forum, ASME-FED Vol. 98, pp. 153-158. 

  15. Ugajin, H., Kawai, M., Okita, K., Ohta, T., Kajishima, T., Nakano, M., and Tomaru, H., 2007, "Numerical Analysis of the Unsteady Cavitating Flow in a 2D-Cascade and a 3D-inducer," 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA paper 2007-5535, July 2007. 

  16. Hosangadi, A., Ahuja, V., and Ungenwitter, R., J., 2007, "Simulations of Rotating Cavitation Instabilities in the SSME LPFP Inducer," 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA paper 2007-5536, July 2007. 

  17. 최창호, 김진한, 2005, "터보펌프용 전진익형 인듀서의 성능에 대한 수치해석적 연구," 한국항공우주학회지, 제 33권 제 11호, pp. 74-79. 

    원문보기 상세보기 crossref

  18. Fine/Turbo 8.7-2 Manual, 2009, Numeca Inc. 

  19. Knapp, R. T., Daily, J. T., and Hammit, F. G. 1970, Cavitation, Mc Graw Hill. 

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