초록 ▼

고압 터보펌프 개발을 위해 기본적으로 터보기계류 설계/해석 기술, 정밀부품 제작기술, 그리고 시험평가 기술을 필요로 한다. 본 연구는 상기 기술을 부분적으로 보유하고 있는 국내 산학연을 연계하고 원천기술은 러시아 기술을 도입하여 개발 기간을 최대한 단축하고자 하였다. 국내 참여기관은 현대모비스를 주판기관으로 하고 한국항공우주연구원, 한국기계연구원, 한국과학기술연구원, (주)한돌펌프, 신일금속공업(주) 등이 공동연구기관으로 참여하며 서울대학교에서 기초연구를 위한 위탁 연구를 담당하여 응용연구단계 총 2개년 도에 걸쳐 본 연구를 수행하

고압 터보펌프 개발을 위해 기본적으로 터보기계류 설계/해석 기술, 정밀부품 제작기술, 그리고 시험평가 기술을 필요로 한다. 본 연구는 상기 기술을 부분적으로 보유하고 있는 국내 산학연을 연계하고 원천기술은 러시아 기술을 도입하여 개발 기간을 최대한 단축하고자 하였다. 국내 참여기관은 현대모비스를 주판기관으로 하고 한국항공우주연구원, 한국기계연구원, 한국과학기술연구원, (주)한돌펌프, 신일금속공업(주) 등이 공동연구기관으로 참여하며 서울대학교에서 기초연구를 위한 위탁 연구를 담당하여 응용연구단계 총 2개년 도에 걸쳐 본 연구를 수행하였다.
한국항공우주연구원과 한국기계연구원에서는 각각 산화제 펌프와 연료펌프 설계 /해석을 담당하여 담당 분야별 성능해석을 통한 개념설계를 수행하고 유통, 구조해석 등을 통해 상세 형상을 결정하였다. 한국과학기술연구원은 터보펌프의 안정적 작동요소 중 하나인 베어링/시일 요소 설계 및 시스템 동특성 해석을 담당하였다. 이 밖에 소재/제작 부분을 담당한 두 중소 업체가 참여하여 제작 공정 수립 및 정밀주조 부품 개발을 수행하였다. 주관 기관인 현대모비스는 터보펌프 주요 구성품 중 하나인 터빈의 설계/해석 및 전체 시스템 설계/해석, 제작 분야의 integration을 수행하였다. 위탁기관인 서울대는 펌프 성능에 많은 영향을 미치는 인듀서의 상세유동해석 및 인류서 설계 데이터베이스 확보에 주력하였다

Abstract ▼

Turbopump development basically requires turbomachinery field know-how of design/analysis, precision part manufacturing, test and evaluation. This research intended: to reduce the development time as much as possible by incorporating the domestic research capabilities of industries, governmental sub

Turbopump development basically requires turbomachinery field know-how of design/analysis, precision part manufacturing, test and evaluation. This research intended: to reduce the development time as much as possible by incorporating the domestic research capabilities of industries, governmental subsidiaries and university which have the required knee-how above mentioned in part. The Russian. source technology was introduced as well for this research. Hyundai MOBIS has led the project collaborating with Korea Aerospace Research Institute(KARI), Korea Institute of Machinery and Materials(KIMM), Korea Institute of Science and Technology(KIST), Handol Pump Co., Ltd., Sin-il Foundry Co., Ltd. as the joint research organizations and Seoul National Univ. as a sub-contractor.
The projects an applied research stage has been planned and performed for 2 years. KARI and KIST respectively in charge of oxidizer pump and fuel pump performed conceptual design through performance analysis for each component and determined pump detail geometries through flow and structural analysis. B7ST Investigated rotor dynamic characteristics and peformed tribology analysis for bearing/sealing which is an important element in the safe operation of turbopump. The other two participants in charge of material and manufacturing has set up manufacturing plan and fabricated investment casting parts respectively Hyundai MOBIS as a project leader has integrated design/analysis and manufacturing of the entire turbopump system and additionally took charge of turbine design/ analysis. Seoul National Univ. performed detail flow analysis mainly of inducer which has a significant influence on the pump cavitation performance and collected its design database.

목차 Contents

• 제 1장 서 론...16
• 제 1 절 연구 개발 개요...16
• 1. 연구 개발의 필요성...16
• 2. 국내외 동향...17
• 제 2 절 연구 개발 목표...19
• 1. 연구 개발 범위...19
• 2. 연구개발 최종 목표...21
• 제 2 장 시스템 설계 및 해석...22
• 제 1 절 액체 추진제 로켓 엔진 기본 설계...22
• 1. 개요...22
• 2. 설계...23
• 3. 엔진 구성품의 개념설계...41
• 4. 액체추진엔진의 Power Balance...44
• 5. 결 론...45
• 제 2 절 터보펌프 시스템 기본 설계...46
• 1. 설계점 선정...46
• 2. 시스템 사이클 해석...46
• 3. 기본 배열 선정...48
• 참고문헌...49
• 제 3 장 주요 부품 설계 및 해석...50
• 제 1 절 산화제 펌프...50
• 1. 산화제펌프 개요...50
• 2. 1차원 기본 설계/해석...52
• 3. 2차원 유동해석...91
• 4. 3차원 유동해석...108
• 5. 구조/진동해석...153
• 6. 상사법칙을 이용한 인듀서 탈설계 유동해석...182
• 7. 3차원 설계 변수 분석 (parametric study)...196
• 8. 현 산화제펌프 설계현황 및 설계개선 방안...221
• 9. 결 론...233
• 참고문헌...234
• 제 2 절 연료펌프...236
• 1. 기본설계...236
• 2. 3차원 형상 설계...243
• 3. 축추력 해석...250
• 4. KeRC 연료 펌프의 1차원 해석...255
• 5. 3차원 유동해석...260
• 6. 설계형상변수에 대한 Parametric Study...274
• 7. 연료 펌프의 고유 모델 설계...279
• 8. 연료 펌프 설계 요약...285
• 참고문헌...286
• 제 3 절 터 빈...288
• 1. 1차원 공력 설계...288
• 2. 초음속 블레이드 프로파일 생성...353
• 3. 3차원 유동 해석 부문...399
• 4. 열구조해석...413
• 참고문헌...421
• 제 4 절 베어링, 실링 및 회전체 설계 해석...422
• 1. 터보 펌프 시스템의 회전 요소...423
• 2. 터보 펌프 지지용 볼 베어링의 해석...424
• 3. 후로팅 링 실의 동특성 및 누설 특성 해석...427
• 4. 터보펌프 시스템의 Rotordynamics...450
• 5. RODAP 프로그램을 이용한 고압터보펌프 회전체의 Critical Speed 해석...474
• 6. 결 론...488
• 참고문헌...489
• 제 4 장 상세 설계 및 제작...491
• 제 1 절 상세 설계...491
• 1. TPU 작동...491
• 2. TPU 구조 및 조립...493
• 3. 부품별 기능...497
• 4. 재질 구성...501
• 5. 구조 해석...505
• 6. 끼워 맞춤 공차 및 조도...510
• 제 2 절 제 작...520
• 1. 개 요...520
• 2. 재질 및 제조 공정 선정...520
• 3. 제작기술 검토 및 제조 문서 작성...522
• 4. 터보펌프 Mock-up 개발...540
• 5. 산화제 펌프 시제품 개발...544
• 제 5 장 대체 소재 개발...550
• 제 1 절 대체 소재 선정...550
• 제 2 절 주조품 개발...551
• 1. 인베스트먼트 주조법(Investment Casting)...551
• 2. 주조품 개발흐름도...552
• 3. 제조...552
• 제 6 장 성능 시험...561
• 제 1 절 시험 설비 기본 구성 및 layout...561
• 1. 성능시험기 설계 개요...561
• 2. 측정 변수...563
• 3. 상사 시험...565
• 4. 성능시험 범위...573
• 5. 시험 설비 구성...575
• 6. 오차 해석...583
• 7. 시험동 구성...587
• 8. 결론...589
• 제 2 절 단품 성능 시험...590
• 1. 펌프 성능 시험...590
• 2. 터빈 성능 시험...607
• 제 3 절 터보펌프 시스템 성능시험...619
• 1. 목적...619
• 2. 시험 대상...619
• 3. 시험 내용...619
• 4. 측정 변수...619
• 5. TPU No. 1의 시험 단계 및 조건...620
• 6. TPU No. 1의 Working test 결과...623
• 7. TPU No. 2와 3의 성능시험...626
• 제 4 절 인듀서 캐비테이션 성능 시험...635
• 1. 인듀서 성능시험개요...635
• 2. 캐비테이션 시험기...636
• 3. 인듀서 시험기의 구조/진동 해석...651
• 4. 성능시험...662
• 참고 문헌...681
• 제 7 장 결 론...682
• 참고문헌...684