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논문 상세정보

7 tonf 급 소형 액체로켓엔진 조립 체계 연구

Research on the Assembling Process of 7 tonf Class Small Liquid Rocket Engines

초록
용어

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액체로켓엔진은 연소기, 터보펌프, 가스발생기, 각종 밸브 및 배관, 조인트, 오리피스, 튜브, 하니스, 센서 등이 결합되어있는 매우 복잡한 시스템이다. 대부분의 액체로켓엔진 부품은 IT(ISO Tolerance) 기준으로 6등급 이상의 높은 정밀도를 요구하며 정상운용 전후 시동과 종료 등과 같은 비정상 시의 응답에도 대응해야한다. 따라서 엔진 시스템 및 부품은 넓은 영역에서 안정적으로 동작할 수 있도록 설계되어야하며 조립은 이러한 설계철학을 충실히 반영하여야 한다. 엔진 설계 시에는 부품 간에 물리적 혹은 기능적 간섭이 없도록 공간배치를 해야 하며 조립 중 조립성과 조립 후 유지보수의 효율성까지도 고려되어야 한다. 특히 양산품이 아닌 개발 단계에서는 조립 중 부품 간 공차의 누적, 각종 구성품의 비정렬, 부품 인터페이스 간의 불일치 등이 발생할 수 있다. 즉, 엔진조립공정은 개발 중 내재되어있는 각종 위험이 현실화 되는 위기 혹은 예상치 못한 사건(incident)이 발생하기 쉬운 작업이다. 그러므로 조립 중 사건이 발생했을 경우를 대비한 신속한 대응시스템이 구비되어야한다. 이 연구에서는 위에서 언급한 사항들의 기본적 대응방법과 한국형발사체에 탑재되는 7 tonf 급 엔진의 실제 조립공정을 다루었다.

Abstract

Liquid rocket engines (LREs) are very complex systems that include combustion chambers, turbopumps, gas generators, ducts and tubes, valves and etc. Most components of the LREs require higher than or equal to level 6 IT (ISO Tolerance). The components along with pipe line and/or tubing must dispose not to interfere each other. In addition, effectiveness of maintenance and service after assembling should be considered when the allocation of the components are determined. Especially at the stage of the development, tolerance accumulations or unpredictable errors may result in misalignment and/or mismatches at interfaces of the parts. Namely, it is the engine assembling process that many inherent risks are realized and crises or incidents occur. Therefore, a rapid reaction system should be prepared. In this research, 7 tonf class liquid rocket assembling process was studied and actual building steps were introduced.

본문요약 

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문제 정의
  • 엔진에 조립된 부품은 이미 개발된 물품이므로 각 단품에 대한 기밀보다는 연결부위의 기밀을 확인하는 것이 목적이다.

    추진제라인과 각종 유공압 라인이 조립되면 위의 조립절차와는 별도로 부위별 기밀검사를 수행한다. 엔진에 조립된 부품은 이미 개발된 물품이므로 각 단품에 대한 기밀보다는 연결부위의 기밀을 확인하는 것이 목적이다. 또한 엔진에는 저압부와 고압부가 혼재하므로 이에 따라 기밀시험은 저압 헬륨을 사용한다.

  • 이러한 체계는 한국형발사체에 탑재되는 모든 엔진에 적용되었으나 이 논문에서는 7 tonf 급 엔진의 조립 과정을 그 예시로 소개하였다.

    즉, 엔진 조립의 준비과정부터 실제 엔진 조립 그리고 조립 상에서 발생할 수 있는 예상치 못한 사건을 신속 하고 효과적으로 대응하는 방법에 대해 다루었다. 이러한 체계는 한국형발사체에 탑재되는 모든 엔진에 적용되었으나 이 논문에서는 7 tonf 급 엔진의 조립 과정을 그 예시로 소개하였다.

  • 즉, 엔진 조립의 준비과정부터 실제 엔진 조립 그리고 조립 상에서 발생할 수 있는 예상치 못한 사건을 신속 하고 효과적으로 대응하는 방법에 대해 다루었다.

    이 연구에서는 엔진 조립을 단순한 부품조달과 조립과정으로 보지 않고 조립체계라는 관점에서 접근하였다. 즉, 엔진 조립의 준비과정부터 실제 엔진 조립 그리고 조립 상에서 발생할 수 있는 예상치 못한 사건을 신속 하고 효과적으로 대응하는 방법에 대해 다루었다. 이러한 체계는 한국형발사체에 탑재되는 모든 엔진에 적용되었으나 이 논문에서는 7 tonf 급 엔진의 조립 과정을 그 예시로 소개하였다.

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질의응답 

키워드에 따른 질의응답 제공
핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
액체로켓엔진
액체로켓엔진은 무엇인가?
연소기, 터보펌프, 가스발생기, 각종 밸브 및 배관과 더불어 조인트, 오리피스, 튜브, 하니스, 센서 등이 결합되어있는 매우 복잡한 시스템

액체로켓엔진은 연소기, 터보펌프, 가스발생기, 각종 밸브 및 배관과 더불어 조인트, 오리피스, 튜브, 하니스, 센서 등이 결합되어있는 매우 복잡한 시스템이다. 한국형발사체에 사용되는 엔진은 케로신과 액체산소를 추진제로 사용하므로 3000oC 이상의 고온과 -183oC 의 온도가 동시에 작용하여 열에 의한 수축과 팽창이 발생한다.

최대수용가능정지시간
엔진 조립의 최대수용가능정지시간을 넘지 않도록 조립 프로세스를 조정할때 유의할 점은?
조립프로세스의 순서에 변화가 생기는 것을 의미하나 이로 인해 형상에 변화가 생겨서는 안 된다

이러한 경우에 대비하여 총 조립지연기간이 최대수용가능정지시간(maximum acceptable outrage, MAO)을 넘지 않도록 조립프로세스의 유연성을 확보 해야한다. 이는 조립프로세스의 순서에 변화가 생기는 것을 의미하나 이로 인해 형상에 변화가 생겨서는 안 된다. 만일 형상에 변화가 생기게 되면 이는 당연히 형상관리위원회의 승인절차를 거쳐야하므로 또 다른 지연요소가 되며 MAO에 중대한 영향을 미치게 된다.

한국형발사체
한국형발사체 엔진에 사용되는 추진제는?
케로신과 액체산소를 추진제로 사용

액체로켓엔진은 연소기, 터보펌프, 가스발생기, 각종 밸브 및 배관과 더불어 조인트, 오리피스, 튜브, 하니스, 센서 등이 결합되어있는 매우 복잡한 시스템이다. 한국형발사체에 사용되는 엔진은 케로신과 액체산소를 추진제로 사용하므로 3000oC 이상의 고온과 -183oC 의 온도가 동시에 작용하여 열에 의한 수축과 팽창이 발생한다. 또한 시스템의 특성상 고정부와 구동부가 공존하며 엔진효율이 매우 중요하기 때문에 소재와 형상이 견딜 수 있는 극한점까지 엔진을 설계한다.

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참고문헌 (8)

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  3. 3. Yong-Hyun Chung and Eun-Seok Lee, "Study of Lay-out Design Concept for Liquid Rocket Engine System," J. of Aerospace System Engineering, Vol. 1. No. 4. pp. 42-45, 2007. 
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