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다단연소사이클 엔진 파워팩 시동 해석 시뮬레이터 개발
Simulator Development for Startup Analysis of Staged Combustion Cycle Engine Powerpack 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.19 no.5, 2015년, pp.62 - 70  

이수지 (Aerospace System Engineering, University of Science & Technology) ,  문인상 (Rocket Engine Team, Korea Aerospace Research Institute)

초록
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액체로켓엔진은 시동단계에서 갑작스런 압력 및 온도 등의 부하변동이 발생할 수 있다. 따라서 성공적인 액체로켓엔진 개발과 함께 비용, 시간을 절감하기 위해 시동 해석이 필요하다. 본 연구에서는 다단연소사이클 액체로켓엔진 파워팩에 대한 시동 해석 시뮬레이터를 개발하여 압력 및 유량 밸런스를 통한 유량을 결정하고 터빈 및 펌프의 수학적 모델링을 통해 최종적으로 시간에 따른 터보펌프의 회전속도를 구하였다. 시동 해석 결과, 정상상태도달까지 약 1.3초가 소요되었으며 이때의 회전속도로는 27,500 rpm을 얻었다. 또한 안정적 시동을 위한 적절한 시퀀스 제시가 가능함을 확인했다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A liquid rocket engine system can cause rapid pressure and temperature variations during the startup period. Thus the startup analysis is required to reduce time and expense for successful development of liquid rocket engine through the startup prediction. In this study, a startup analysis simulator...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 다단연소사이클 액체로켓엔진 파워팩에 대한 시동 해석 시뮬레이터를 개발하여 시동에서 정상상태에 이르는 구간에서의 동특성을 살펴보았다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 Table 1에 제시한 시동 시퀀스에 대해 회전속도 발달 과정을 시뮬레이션 한 후, 시퀀스를 변경하여 그에 따른 회전속도 변화도 살펴보았다. 단, 시스템을 단순화하기 위해 밸브 개도 특성은 단순한 on/off로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정상상태 연소 전의 시동 구간에서 시동 시퀀스에 따라 무엇이 달라지는가 정상상태 연소 전의 시동 구간에서는 시동 시퀀스에 따라 터보펌프 회전속도 및 정상상태 도달시간 등이 달라진다. 따라서 적절한 시동 시퀀스 결정이 중요하다.
다단연소사이클 엔진 시스템은 무엇으로 구성되어 있는가 1의 (a)는 다단연소사이클 엔진의 전체 구성을 간략히 나타낸 것이다. 시스템은 시동터빈과 메인터빈 그리고 산화제펌프, 1차 연료펌프, 2차 연료펌프로 구성된 1축 터보펌프와 예연소기, 연소실로 구성된다. 본 연구에 사용된 예연소기는 산화제 과잉 연소 반응을 하며, 혼합비 60에서 작동하도록 설계되었다.
로켓엔진은 시동모드에서 파라미터 변화를 살피는 것이 중요한 이유는 무엇인가 액체로켓엔진은 안정적 구동을 위해 단시간 내에 정상모드에 이르는 것이 중요하다. 로켓엔진은 극한 조건에서 동작하므로 항상 커다란 위험요소를 내포하고 있으며 시동과정 중 시스템내 예기치 못한 압력 및 온도 부하변동이 발생할 수 있기 때문에 시동모드에서의 파라미터 변화를 살피는 것이 특히 중요하다. 따라서 엔진 개발 단계에서 수치적 해석을 통해 시스템 내 변화를 예측하고 이 해석 결과를 개발에 반영한다면 많은 위험을 사전에 줄일 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. Kanumuri, A., Wakamatsu, Y., Shimura, T., Toki, K. and Torii, Y., "Start Transient Analysis of Turbopump-fed LOX/LH2 Rocket Engine (LE-5)," NAL-TR-868, 1985. 

  2. Mahyar, N.T., Seyed, A.R.J.C. and Hassan, K., "Modeling and Simulation of Open Cycle Liquid Propellant Engines," Journal of Science and Engineering, Vol. 1, No. 1, pp. 17-37, 2013. 

  3. Park, S.Y., Nam, C.H., Moon, I.S. and Seol, W.S., "A Study on the Start Transient Analysis of the Turbopump-fed Liquid Rocket Engine," Journal of Aerospace Technology, Vol. 4, No. 2, pp. 142-152, 2005. 

  4. Nam, C.H. and Park, S.Y., "A Study on Start-up of 75tonf Thrust Class Liquid Propellant Rocket Engine," The Korean Society of Mechanical Engineers, Vol. 2013, No. 5, pp. 206-208, 2013. 

  5. Lee, S. and Moon, I., "A Study on the Start Transient Analysis of the Staged Combustion Cycle Engine," 2014 KSPE Fal Conference, Jeongsun, Kangwondo, Korea, pp. 634-638, Dec. 2014. 

  6. Gordon, S. and McBride, B.J., "Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications," NASA Reference Publication 1311, Cleveland, O.H., U.S.A., E-8017-1, 1996. 

  7. Koo, J.Y., Roh, T.S., Moon, H.J., Yoon, Y.B., Lee, S.T., Lee, C.G. and Cho, Y.H., Rocket Engineering, 1st ed., Kyobo Book Centre., Seoul, Korea., 2008. 

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