초록 ▼

액체로켓엔진용 재생냉각시스템의 개발은 로켓엔진의 개발과 함께 이루어진다. 즉, 재생냉각시스템이란 액체로켓엔진에서 독립적으로 존재하는 시스템이 아니라, 연소실 및 노즐에 부가되어있는 서브 시스템이다. 따라서 본 연구개발은 재생냉각 시스템을 장착한 10톤급 시험용 엔진 전체를 연구대상으로 하였으며, 연구과정에서는 10톤급 액체로켓엔진의 설계 및 국내 생산기술에 의한 제작과 함께 재생냉각 연소시험을 수행할 수 있는 연소시험설비의 개발이 함께 이루어졌다.본 연구에서 개발되는 시험용 엔진은 환경친화성 및 엔진 재사용성이 우수하여 차세대 엔진

액체로켓엔진용 재생냉각시스템의 개발은 로켓엔진의 개발과 함께 이루어진다. 즉, 재생냉각시스템이란 액체로켓엔진에서 독립적으로 존재하는 시스템이 아니라, 연소실 및 노즐에 부가되어있는 서브 시스템이다. 따라서 본 연구개발은 재생냉각 시스템을 장착한 10톤급 시험용 엔진 전체를 연구대상으로 하였으며, 연구과정에서는 10톤급 액체로켓엔진의 설계 및 국내 생산기술에 의한 제작과 함께 재생냉각 연소시험을 수행할 수 있는 연소시험설비의 개발이 함께 이루어졌다.본 연구에서 개발되는 시험용 엔진은 환경친화성 및 엔진 재사용성이 우수하여 차세대 엔진으로 각광받고 있는 메탄(실제 연구에서는 액화천연가스 사용)엔진이다.본 연구과제는 2단계, 총 5년의 연구기간에 수행되는 과제로서, 현재 1단계가 성공적으로 완료되었으며, 그 과정에서 수행된 연구는 10톤급 액체로켓엔진의 개념설계, 상세설계 및 전문 해석적 연구, 생산기술의 구축 및 시험용 연소기의 제작, 그리고 재생냉각 연소시험설비의 구축에 집중되었다. 또한 재생냉각 연소시험의 안전한 진행을 위해 물냉각 연소시험이 선행되었으며, 이를 바탕으로 천연가스에 의한 실린더(연소기의 구성요소) 재생냉각 연소시험까지 수행될 수 있었다.
향후 2단계에서는 1단계에서 이루어낸 연구결과를 이용하여, 재생냉각에 대한 실험적 연구가 수행될 것이며, 본 연구에서 목표로 하였던 재생냉각시스템 개발을 위한 개발기술을 구축할 수 있으리라 기대된다.

Abstract ▼

The development of regenerative cooling system should be streamlined with development of liquid rocket engine. Regenerative cooling system is not an independent system but a sub-system incorporated in the engine combustor and nozzle. Accordingly, the scope of this project includes the design and man

The development of regenerative cooling system should be streamlined with development of liquid rocket engine. Regenerative cooling system is not an independent system but a sub-system incorporated in the engine combustor and nozzle. Accordingly, the scope of this project includes the design and manufacture of 10 ton thrust engine system of regenerative cooling type, along with the build-up of combustion test facility for regenerative cooling combustion test.
The experimental engine in this project uses methane (Liquefied natural gas was used for methane in this research.) as fuel. This methane engine has been recognized as next generation engine due to its environment-friendly and reusable characteristics, This project is planned for 2 stages, total 5 year periods. Currently the first stage(2 years) has been completed successfully. During the first stage, the conceptual and detail design of 10 ton thrust liquid rocket engine, specialized analytical research, manufacture of experimental engine combustor and build-up of combustion test facility can be listed in the process of this project. Additionally in order to ensure test safety, water cooled pretest had been conducted before regenerative cooling combustion test of engine cylinder was conducted.
In the second stage, utilizing the results from the first stage, experimental research works will be conducted and thus the core technology for the development of regenerative cooling system will be obtained.

목차 Contents

• 재생냉각 연소기 개념설계...14
• 1.1. 10 톤급 액체로켓앤진에 대한 개념설계적 연구...14
• 개요...15
• 연구내용 및 결과...16
• 결론...23
• 1.2. 재생냉각 연소시험 Scheme에 대한 연구...24
• 1. 개요...25
• 2. 수행 내용 요약...25
• 3. 결과...25
• 4. 결론...26
• 1.3. 물냉각방식 적용시 연소기에 대한 개념설계...27
• 개요...28
• 10ton 물냉각 연소기 설계 개념...29
• 비교/분석 자료...31
• 10ton급 물냉각 연소기 개념설계 결과...34
• 결론...36
• 1.4. 액화천연가스(LNG) 로켓엔진 재생냉각시스템 개발...37
• I. 서론...38
• II. 재생냉각시스템 개발 사양...39
• III. 개발 진행방향과 개발 일정...41
• IV. 재생냉각연구시험장치...43
• V. 연구내용 및 결과...44
• VI. 재생냉각 연소시험 및 냉각 특성 연구...46
• VII. 결론...49
• 참고문헌...49
• 재생냉각 연소기 상세설계...50
• 2.1. 개발 기술 사양서...50
• 목차...51
• 1. 적용범위...52
• 1.1. 규격 적용 범위...52
• 2. 관련문서...52
• 2.1. 관련 도면...52
• 2.2. 기타 규격...52
• 3. 요구조건...52
• 3.1. 일반사항...52
• 3.1.1. ECC-02M 제작 규격...52
• 3.1.2. 품질 검사/확인 시험...52
• 3.1.3. 형상...53
• 3.1.4. 납품...53
• 3.2. 특징...53
• 3.2.1. ECC-02M 연소기의 특징...53
• 4. 시험 및 품질보증...55
• 4.1. 품질보증의 책임한계...57
• 4.2. 품질보증의 방법/절차...57
• 4.2.1. 품질보증 계획서...57
• 4.2.2. 품질보증 절차...57
• 4.3. 불합격/재시험 절차...57
• 4.4. 저장품 품질보증/시험절차...57
• 5. 인도품목...57
• 5.1. 부품 목록...57
• 5.2. 장비 목록...57
• 5.3. 자재 목록...57
• 5.4. 포장/운송/보증서/운영절차서...58
• 5.4.1. 포장...58
• 5.4.1.1. 내부 포장...58
• 5.4.1.2. 외부 포장...58
• 5.4.2. 운송...58
• 5.4.3. 보증서...58
• 5.5. 보증...58
• 2.2. 재료물성 특성 평가...59
• 목차...60
• 1. 연구 배경 및 목적...61
• 2. 연구 수행 내용...62
• 3. 대체소재 선정...65
• 4. 피로시험 평가 및 수명예측...66
• 5. 결론 및 향후계획...74
• 재생냉각 연소기 열유동해석...75
• 3.1. 연소실 벽에서의 열전달을 고려한 연소가스 및 냉각제 열 유동 해석...75
• 1. 서론...76
• 2. 본론...76
• 3.2. 인젝터 코킹 형상에 따른 열유동 해석...80
• 1. 개요...81
• 2. 이론적 배경...83
• 3. 해석...85
• 4. 결과...91
• 5. 결론 및 향후 계획...95
• 6. 참고 문헌...96
• 3.3. 연소기 후류 초음속 제트 유동해석...97
• 1. 개요...98
• 2. 유동 해석...99
• 3.4. NRL 대형 연소기냉각채널 유동해석...108
• 1. 개요...109
• 2. 계산 결과...109
• 3. 결론...113
• 3.5. NRL 9.5톤급 액체 산소/가스메탄연소기의 분사기를 고려한 내부 유동해석...114
• 목차...115
• 1. 서론...116
• 2. 해석 model...117
• 3. 계산...123
• 4. 결과 및 분석...124
• 5. 결론...132
• 6. 참고문헌...132
• 3.6. 노즐 후류 유동 관련 연구보고서...133
• I. ECC02 노즐에 대한 유동 해석 부문...134
• 3.7. 단위 인젝터 분사 유동 보고서...139
• 목차...140
• 1. 개요...141
• 2. 이론적 배경...143
• 3. 해석...145
• 4. 결과...151
• 5. 결론 및 향후 계획...156
• 6. 참고 문헌...157
• 3.8. Mixing Head Fire Bottom 연소 유동장 해석 보고서...169
• ABSTRACT...170
• KEY WORDS...170
• 1. 서론...171
• 2. 본론...171
• 3. 결론...184
• 3.9. 인젝터 관련 연구 보고서...185
• I. 인젝터 설계...186
• II. 산화제 실린더 채널의 차압 계산...188
• III. 인젝터의 성능 개선 연구 방법...189
• IV. 인젝터 반응 유동 해석 부문...189
• 3.10. NRL 재생냉각 시스템 열유동 해석...202
• 1. 서론...203
• 2. 본론...203
• 3. 결론...209
• 4. Limitations...209
• 3.11. NRL 관련 3차원 유동 해석 Model 보고서...211
• 1. 목적...212
• 2. 해석...212
• 3. 해석 model 및 결과...213
• 4. 결론...220
• 재생냉각 연소기 구조해석...221
• 4.1. 연소기의 상세설계 및 강도시험 모사해석...221
• 목차...222
• 1. 서론...223
• 2. 본론...224
• 2.1. 연소기 (Experimental Combustion Chamber)의 설계 특징 및 구조...224
• 2.2. 강도 시험 모사 해석...236
• 3. 결론 및 향후 계획...252
• 4.2. 연소기 비정상/비선형열구조 및 피로해석...253
• 4.3. 로켓엔진 냉각채널 피로수명 예측...264
• 목차...265
• 1. 해석 모델...266
• 2. 해석 결과...268
• 3. 결론...273
• 재사용이 가능한 실험용 액체로켓엔진의 저주기 피로수명예측...274
• Abstract...274
• Keywords...274
• I. 서론...275
• II. 연소기 단면 형상...275
• III. 해석모델...277
• IV. 해석결과...279
• V. 결론...281
• 참고 문헌...281
• 4.4. 극저온 압력용기에 대한 피로/파괴 수명 예측 및 평가...283
• 1. 서론...284
• 2. 본론...285
• 3. 결론...294
• 참고문헌...295
• 재생냉각 연소기 열전달해석...296
• 5.1. Mixing Head 및 Injection Tip에서의 열전달에 대한 수치해석적 연구...296
• ABSTRSACT...297
• 1. 서론...298
• 2. 본론...299
• 3. 결론...306
• 참고문헌...306
• 5.2. NRL 연소기 물냉각 열해석 보고서...307
• 5.3. 액체로켓엔진의 내부 벽면 근처에서의 추진제 혼합비 변화의 영향에 대한 연구...321
• 1. 서론...322
• 2. 연소시험...323
• 3. 엔진 열해석...324
• 4. 결론...327
• 참고문헌...327
• 특수 제작 공정 개발...329
• 6.1. ECC 제조 공정도...329
• HOT FORGING(BpX08) INSTRUCTION MANUAL...343
• 1. 개요...344
• 2. 문서의 적용범위...345
• 3. 전자빔용접 장비 및 설비에 대한 서술...346
• 4. 전자빔용접 공정절차에 대한 서술...348
• 5. Quality Control...351
• ELECTRON BEAM WELDING PROCESS INSTRUCTION MANUAL...358
• 개요...359
• 문서의 적용 부위...360
• 열간단조 설비에 대한 서술...361
• 열간단조 공정절차에 대분석...368
• 7.1. 재생냉각 연소기유사냉각제 연소시험 결과분석...368
• 개요...369
• 시험 개념 및 기본 계산 방법...369
• 시험결과 분석...373
• 결론 및 향후 연구계획...378
• 재생냉각 연소기 시험...379
• 8.1. 재생냉각 연소시험 절차 보고서...379
• 목차...380
• 1. 목표...381
• 2. 재생냉각 연소시험 절차서...381
• 2.1 기본 개념...381
• 2.2 연소시험 절차 Flowchart...382
• 2.3 LNG 시스템 냉각 및 충전절차 Flowchart...383
• 3. 재생냉각 연소시험 설비 수정/보완 계획...384
• 3.1 설비 설계 개념...384
• 3.2 설비 Scheme...384
• 3.3 기존 설비의 문제점 및 수정 방안...386
• 4. 결론 및 향후 계획...386
• 연소기 계측 연구...387
• 9.1. 연소기 계측연구 보고...387
• 1. 연구수행목적...388
• 2. 연구방향...388
• 3. 계측기기 개념설정...389
• 4. Preliminary Layout...392
• 첨부...393
• 공공기능...397
• 10.1. Homepage 운영 자료...397
• 10.2. 세미나 개최 및 전문가 초빙자료...401