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액체로켓엔진용 산화제펌프 회전체의 하중 예측
Thrust Estimation Acting on Rotor of LOX Pump for Liquid Rocket Engine 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.19 no.6, 2015년, pp.98 - 104  

김대진 (Turbopump Team, Korea Aerospace Research Institute) ,  최창호 (Turbopump Team, Korea Aerospace Research Institute)

초록
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회전체의 과도한 하중은 펌프의 손상이나 수명 감소의 원인이 된다. 이에 액체로켓엔진용 산화제펌프의 안정성 확보를 위해 펌프 회전체에 작용하는 하중을 상사 시험을 통해 예측하였다. 축방향 하중은 펌프 외부에 설치된 축추력 측정 장치를 통해 간접적으로 계측하였으며, 반경방향 하중은 볼류트의 압력 분포를 토대로 계산하였다. 그 결과, 펌프의 유량이 작을수록 축방향 하중과 반경방향 하중 모두 증가하는 것으로 확인되었다. 그러나, 하중의 크기가 크지 않아 펌프의 안정성에 영향을 끼치지 않을 것으로 예측되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Excessive thrust acting on the rotor of pump can cause the damage of pump or the decrease of pump lifetime. Therefore, for ensuring the safety of LOX pump of a liquid rocket engine, the thrust of pump rotor is estimated by similarity tests. Axial thrust is indirectly measured by an axial thrust meas...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 상사 시험을 통해 한국형발사체에 적용 예정인 75톤급 액체로켓엔진용 산화제펌프의 축방향 하중과 반경방향 하중을 예측하여 펌프의 작동 안전성을 알아보았다. 펌프의 축방향 하중은 회전수 상사 법칙에 부합하지 않았는데, 이는 이차 유로의 압력 분포와 연관이 있을 것으로 추정된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
회전체의 과도한 하중은 무엇의 원인이 되는가? 회전체의 과도한 하중은 펌프의 손상이나 수명 감소의 원인이 된다. 이에 액체로켓엔진용 산화제펌프의 안정성 확보를 위해 펌프 회전체에 작용하는 하중을 상사 시험을 통해 예측하였다.
축방향 하중은 무엇으로 계측되는가? 이에 액체로켓엔진용 산화제펌프의 안정성 확보를 위해 펌프 회전체에 작용하는 하중을 상사 시험을 통해 예측하였다. 축방향 하중은 펌프 외부에 설치된 축추력 측정 장치를 통해 간접적으로 계측하였으며, 반경방향 하중은 볼류트의 압력 분포를 토대로 계산하였다. 그 결과, 펌프의 유량이 작을수록 축방향 하중과 반경방향 하중 모두 증가하는 것으로 확인되었다.
베어링 출구 압력 감소는 저회전수에서의 축방향 하중 계수 현상의 원인 중 하나가 될 수 있다고 본 이유는? 이는 이차 유로의 형상이 복잡(좁은 단면, 단면에 비해 긴 유로)하여 점성의 영향이 상대적으로 크기 때문으로 추정된다. 한편 베어링 출구가 임펠러 뒤쪽에 위치하기 때문에 이곳의 압력이 작아지면 펌프 로터는 양의 방향으로 힘을 받게 된다. 따라서 베어링 출구 압력 감소는 저회전수에서의 축방향 하중 계수 현상의 원인 중 하나가 될 수 있다.
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참고문헌 (12)

  1. Kim, J., Choi, C.H., Jeong, E., Jeon, S.M. and Hong, S.S., "Development Status of a Turbopump for Korea Space Launch Vehicle(KSLV-II)," Proceedings of the Korean Society for Aeronautical & Space Science Fall Conference, Jeju, Republic of Korea, pp. 254-263, Nov. 2012. 

  2. Kwak, H.D., Kim, D.J., Kim, J.S., Kim, J., Noh, J.G., Park, P.G., Bae, J.H., Shin, J.H, Yoon, S.H, Lee, H., Jeon, S.M., Jeong, E., Choi, C.H., Hong, S.S., Kim, S.L., Kim, S.H. and Han, Y.M., "Performance Test of a 7 Tonf Liquid Rocket Engine Turbopump," Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, Vol. 19, No. 2, pp. 65-72, 2015. 

  3. Choi, C.H., Hong, S.S. and Kim, D.J., "Development of Pumps for Liquid Rocket Engine Turbopumps," Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Fall Conference, Jeongsun, Kangwon-do, Republic of Korea, pp. 899-902, Dec. 2014. 

  4. Kim, D.J., Choi, C.H., Noh, J.G. and Kim, J., "Axial Thrust Control of High-speed Centrifugal Pump with Cavity Vanes," Journal of Fluid Machinery, Vol. 15, No. 6, pp. 46-50, 2012. 

  5. Choi, C.H., Noh, J.G., Kim, D.J. and Kim, J., "Study on the Control of the Axial Thrust of a Pump for Liquid Rocket Engine Turbopumps," Journal of Fluid Machinery, Vol. 15, No. 1, pp. 36-40, 2012. 

  6. Choi, C.H., and Kim, J., "Centrifugal Turbomachine with Axial Thrust Control Member," US Patent No. 7354240B2, Apr. 2008. 

  7. Kim, D.J., Choi, C.H., Hong, S.S. and Kim, J., "Design of Single-Pump Test Facility for Turbopump," Proceedings of the KSME Fluid Engineering Division Spring Conference, Jeju, Republic of Korea, pp. 311-312, May 2013. 

  8. Kim. D.J., Kwak, H.D., Choi, C.H., Lee, J.G., Lim, J.W. and Cho, H.G., "Construction of Single-Pump Model-fluid Test Facility for Turbopump," Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Spring Conference, Busan, Republic of Korea, pp. 606-610, May 2015. 

  9. Kim, D.J., Hong, S.S., Choi, C.H. and Kim, J., "Axial Thrust Measurement of Fuel Pump for Liquid Rocket Engine," Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Fall Conference, Daejeon, Republic of Korea, pp. 358-362, Nov. 2005. 

  10. Kurokawa, J., Kamijo, K. and Shimura, T., "Axial Thrust Behavior in LOX-Pump of Rocket Engine," Journal of Propulsion and Power, Vol. 10, No. 2, pp. 244-250, 1994. 

  11. Stepanoff, A.J., Centrifugal and Axial Flow Pumps, 2nd ed., John Wiley & Sons Inc., New York, N.Y., U.S.A., 1957. 

  12. Jeon, S.M., Kwak, H.D. and Kim, J., "Evaluation of Friction Torque for a Turbopump Ball Bearing," Journal of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers, Vol. 27, No. 1, pp. 25-33, 2011. 

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