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 재 사용성이 우수하여 차세대 엔

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 재 사용성이 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 연소시험의안전한 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 re-usable 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

• 1. 위촉 연구 보고서...14
• 목차...15
• 제 1 장 분사실험장치...16
• 1. 분사기 및 실험조건...16
• 2. 액적크기 및 속도 측정 시스템...19
• 제 2 장 분무사진...22
• 제 3 장 연료와 산화제의 혼합성능...24
• 1. 연료 속도 측정(연료만 분사시)...24
• 2. 산화제의 질량분포 측정...26
• 3. 연료의 질량분포 및 국부혼합비...28
• 제 4 장 평균속도 및 난류강도 분포...31
• 1. 연료분사압력에 따른 축방향 속도 분포...31
• 2. 산화제 노즐 직경, Taper 각, Recess 길이, Fuel Annular Gap에 따른 축방향 속도 분포...32
• 3. Taper 각, Recess 길이, Fuel Annular Gap에 따른 난류강도 분포...37
• 제 5 장 액적크기 분포...41
• 제 6 장 결론...46
• 2. Lecture on Liquid ProPellant Rocket Engine Iniectors...47
• CONTENTS...50
• LECTURE 1. Peculiarities of Liquid Rocket Engine Propulsion...56
• LECTURE 2. Comparison and evaluation of LRE cycles...63
• LECTURE 3. Survey and comparative analysis of injector design and operation for LRE...79
• LECTURE 4. Survey and comparative analysis of gas-liquid and gas-gas injectors in LRE...82
• LECTURE 5. Hydraulics of liquid injectors...88
• 1. Hydraulics of jet injectors...89
• 2. Hydraulics of swirl injectors...89
• LECTURE 6. Control of injector parameters...95
• LECTURE 7. Variable thrust liquid rocket engines(LRE)...101
• LECTURE 8. Swirl injectors for variable thrust LRE...115
• LECTURE 9. Platelet injectors...117
• NEW INJECTOR CONCEPTION OF LOW THRUST LIQUID ROCKET ENGINE FOR SPACECRAFT...118
• ABSTRACT...118
• INTRODUCTION...118
• MODEL OF LPRLT INJECTOR ASSEMBLY WITH PROFILED DUAL PROPELLANT SWIRL INJECTORS...118
• MODELS OF INJECTOR ASSEMBLY WITH PROFILED DUAL PROPELLANT SWIRL INJECTORS...119
• INVESTIGATION AND OPTIMIZATION OF THE PROPELLANT MIXING BY PROFILED SWIRL INJECTORS...120
• CONCLUSION...120
• REFERENCES...120
• LECTURE 10. Porous injectors for ultra-fine atomization of liquids and multi-phase media...122
• PECULIARITIES OF LIQUID ATOMIZATION BY MEANS OF POROUS SWIRL INJECTOR...122
• ABSTRACT...122
• INTRODUCTION...122
• SUBJECT OF THE RESEARCH...122
• THEORETICAL CONSIDERATIONS...123
• EXPERIMENTAL TEST STAND...123
• EXPERIMENTAL METHOD...123
• RESULTS OF EXPERIMENTAL STUDIES...124
• RESULTS OF COLD FLOW TESTS WITH ADDITIONAL LIQUID SUPPLY THROUGH POROUS WALLS OF THE VORTEX CHAMBER AND THE NOZZLE...125
• INFLUENCE OF DESIGN FEATURES OF POROUS INJECTOR ON ATOMIZATION AND MIXING EFFICIENCY...126
• CONCLUSIONS...126
• NOMENCLATURE...126
• REFERENCES...126
• LECTURE 11. New methods of gas-liquid and gas-gas injection...131
• LECTURE 12. Atomization of liquids: theroy and calculation...140
• Liquid-Propellant Rocket Engine Injector Dynamics...169
• Nomenclature...170
• I. Introduction...170
• II. Linear Dynamics of Injectors...171
• III. Self-Pulsations of Injectors...174
• IV. Unsteadiness of Mixture Formation Process...177
• V. Conclusions...178
• Acknowledgements...179
• References...179
• LECTURE 13. Dynamics of fluid injection...180
• LECTURE 14. Dynamics of parts of a swirl injector...184
• 2. Amplitude parameters of liquid vortex...185
• 3. Influence of reflected waves in the vortex chamber of arbitrary length...189
• LECTURE 15. Dynamic characteristics of swirl injector as a whole...191
• 2. Interaction of oscillating process in tangential channels and vortex chamber...192
• 2.1. 1-st model...192
• 2.2. 2-nd model...193
• 2.3. 3-d model...194
• LECTURE 16. Dynamic characteristics of swirl injector with the feed system and combustion chamber...198
• 1. Response function of a swirl injector...199
• LECTURE 17. Calculation of swirl injector dunamic charateristics...211
• LECTURE 18. Excitation and suppression of pressure pulsation in the vortex chamber...219
• LECTURE 19. Non-linear processes in swirl injectors...226
• Diagnostics and Non-Destructive Check of the Cavitation Erosion of Fuel Injectors....227
• ABSTRACT...227
• 1. INTRODUCTION...227
• 2. DIAGNOSTIC PARAMETERS....228
• 3. RESULTS OF THE INJECTORS STUDY IN THE MODEL CONDITIONS....228
• 4. SUMMARY....230
• REFERENCES....230
• LECTURE 20-21....232
• LECTURE 22. Linear dynamics of gas-liquid injectors...243
• LECTURE 23. Dynamics of atomization process...252
• 3. 해외 전문9
• 목차...260
• 1. Gas Generator...261
• 2. LRE 냉각...264
• 3. 연소기 형상 설계...269
• 4. 기타...271
• 5. 세미나 결과의 응용...272
• 첨부 : 세미나 자료 : Combustion Chamber and Gas Generator Design Seminar...273
• 1. LIQUID-PROPELLANT GAS-GENERATORS...274
• 2. MONO-PROPELLANT GAS-GENERATORS...280
• 3. BI-PROPELLANT GAS-GENERATORS...293
• 4. NOTES FOR DESIGNING OF BI-PROPELLANT LPGGs...306
• 4. 로켓엔진 냉각채널 피로 수명 예측...311
• ABSTRACT...312
• 목차...313
• 1. 해석 모델...314
• 2. 해석 결과...316
• 3. 결론...321
• 5. 액체로켓용 Coaxial Injector의 분무특성에 관한 연구...322
• 목차...324
• 제 1 장 분사실험장치...325
• 1. 분사기 및 실험조건...325
• 2. 액적크기 및 속도 측정 시스템...328
• 제 2 장 분무사진...331
• 제 3 장 연료와 산화제의 혼합성능...333
• 1. 연료 속도 측정(연료만 분사시)...333
• 2. 산화제의 질량분포 측정...335
• 3. 연료의 질량분포 및 국부혼합비...337
• 제 4 장 평균속도 및 난류강도 분포...340
• 1. 연료분사압력에 따른 축방향 속도 분포...340
• 2. 산화제 노즐 직경, Taper 각, Recess 길이, Fuel Annular Gap에 따른 축방향 속도 분포...341
• 3. Taper 각, Recess 길이, Fuel Annular Gap에 따른 난류강도 분포...346
• 제 5 장 액적크기 분포...350
• 제 6 장 결론...355
• 6. 연소시험 분석 프로그램(TREAP V.1)...356
• 7. Atomization of Liquids...362
• CONTENTS...364
• INTRODUCTION...365
• CHAPTER I. ATOMIZATION OF LIQUIDS...367
• METHODS OF ATOMIZATION...368
• CHARACTERISTICS OF ATOMIZATION...374
• CHAPTER II. HYDRAULIC ATOMIZERS...388
• CLASSIFICATION...389
• CENTRIFUGAL ATOMIZERS...392
• SPRAY INJECTORS...412
• CENTRIFUGAL-SPRAY ATOMIZERS...419
• SPLASH-PLATE SPRAY NOZZLES...434
• IMPINGING-JETS NOZZLES...438
• COMPOSITE JETS...442
• COMPARATIVE ANALYSIS AND AREAS OF USAGE...444
• INFLUENCE OF CONSTRUCTIVE FACTORS AND MANUFACTURING ACCURACY ON ATOMIZERS' CHARACTERISTICS...448
• CHAPTER III. MECHANICAL ATOMIZING BURNERS...453
• Classification...454
• A flow of liquid at atomizing unit...455
• CALCULATION OF ATOMIZERS...471
• ASSESSMENT AND RECOMMENDED AREAS OF USAGE...473
• CHAPTER IV. AIR-ATOMIZING BURNERS...476
• The classification...477
• Flow of liquid in injectors...479
• The calculated data for different construction of injectors....483
• The calculation of injectors...485
• CHAPTER V. THE NEW METHODS OF ATOMIZATION OF LIQUIDS...488
• ACOUSTICALATOMIZATION...489
• ULTRASONIC ATOMIZATION...497
• ELECTRICAL ATOMIZATION...500
• PULSATION ATOMIZATION...502
• CHAPTER VI. METHODS OF EXPERIMENTAL DEFINITION OF ATOMIZING CHARACTERISTICS...508
• Characteristics of dispersivity...509
• The distribution characteristics...520
• Shape characteristics...521
• Flow rate characteristics...522
• Hydrodynamical characteristics Drops velocity determination....523