초록 ▼

액체추진 로켓엔진에서는 연료나 산화제를 연소실에 고압으로 공급하기 위하여 터빈에 의하여 구동되는 터보펌프가 사용된다. 이러한 터보펄프는 소형으로 고속회전이 가능한 원심형이 주로 사용되며, 이때 임펠러 출구를 통해서 토출되는 유체는 고압의 특성으로 인하여 그 일부가 임펠러 쉬라우드와 케이싱 사이의 틈새를 통해서 누설이 이루어지며, 놀은 축추력을 받게 된다. 터보펌프의 축추력은 임펠러 쉬라우드의 전후면에 작동하는 압력차와 임펠러 흡입구로 유입되는 유체의 운동량변화로 인하여 발생한다.
본 연구에서는 여러 가지 축추력 제어방법들 중

액체추진 로켓엔진에서는 연료나 산화제를 연소실에 고압으로 공급하기 위하여 터빈에 의하여 구동되는 터보펌프가 사용된다. 이러한 터보펄프는 소형으로 고속회전이 가능한 원심형이 주로 사용되며, 이때 임펠러 출구를 통해서 토출되는 유체는 고압의 특성으로 인하여 그 일부가 임펠러 쉬라우드와 케이싱 사이의 틈새를 통해서 누설이 이루어지며, 놀은 축추력을 받게 된다. 터보펌프의 축추력은 임펠러 쉬라우드의 전후면에 작동하는 압력차와 임펠러 흡입구로 유입되는 유체의 운동량변화로 인하여 발생한다.
본 연구에서는 여러 가지 축추력 제어방법들 중에서 특히 쉬라우드 뒷면에 여러 개의 날개 경우에 있어서 역학적 인자들을 도굴하고, 유동 및 축 하중 특성을 비교 분석할 수 있는 데이터베이스를 구축하고자 한다. 이를 위해서 본 연구에서는 해석적 및 수치적 기법을 적용하였다.
본 연구는 3개년의 연구로 계획되었다. 본 연구에서는 먼저 평행 벽으로 이루어진 백 캐비티에 대한 유동의 수치해석을 통해서 기존 실험자료, 경험식, 경계층 이론에 의한 결과와 비교하여 수치해석의 합리성물 검증하면서 내부 유동특성을 연구하였다. 다음으로 쉬라우드 뒷면에 여러 개의 날개를 부착하여 축추력 제어방법을 하나의 모델로 선정하며, 이에 대한 유동해석을 통하여 유동특성을 연구하고 압력분포와 K-factor의 변화를 연구하였다. 또 베인의 높이, 베인의 개수, 누설유량을 변화시키면서 수치해석을 하여, 이들이 터보 펌프의 축추력과 토크에 미치는 효과를 검토하였다.

Abstract ▼

I. Title
Optimal design of balance cavities in rocket turbo-pump
II. Objectives
Turbo-pumps are used to supply liquid fuel and oxidizer to the high pressure combustion chamber in the rocket propulsion engines. The turbo-pump are usually centrifugal type pump and operate at very high speed.

I. Title
Optimal design of balance cavities in rocket turbo-pump
II. Objectives
Turbo-pumps are used to supply liquid fuel and oxidizer to the high pressure combustion chamber in the rocket propulsion engines. The turbo-pump are usually centrifugal type pump and operate at very high speed. Therefore there are leakage flow from high pressure side of the impeller exit to the inner seals between the casing and impeller and the impeller suffer from large axial thrust. The design techniques using precisely estimated axial thrust are essential problems for safe and confident development of turbo-pumps.

목차 Contents

• 로켓용 터보펌프 밸런스 캐비티 최적화 설계기술...1
• 제출문...2
• 보고서초록...3
• 요약문...4
• SUMMARY...5
• CONTENTS...6
• 목차...7
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...8
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...10
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...11
• 1 절 이론적 고찰...11
• 2 절 평행 벽 백 캐비티...23
• 3 절 임펠러 베인 백 캐비티...40
• 4 절 결언...82
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...84
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...85
• 제 6 장 참고문헌...86