초록 ▼

현재 우리나라는 우주개발중장기 계획과 우주개발진흥법에 따라 독자적으로 개발한 인공위성을 우리가 만든 발사체에 실어 2007년과 2015년에 발사하는 계획을 추진중에 있으며 2015년에는 세계 10위의 우주선진국으로 진입하고자 계획하고 있다. 본 로켓추진연구실은 액체로켓엔진의 핵심부품 중에 하나인 인젝터기술을 확보하고자 체계적인 연구를 시작하였으며, 미국의 Penn State Univ., 러시아의 MAI 등과 학문적 교류를 통하여 선진기술을 습득하였으며, 국내의 액체로켓개발을 맡고 있는 항공우주연구원(KARI)의 액체로켓엔진그룹과 긴

현재 우리나라는 우주개발중장기 계획과 우주개발진흥법에 따라 독자적으로 개발한 인공위성을 우리가 만든 발사체에 실어 2007년과 2015년에 발사하는 계획을 추진중에 있으며 2015년에는 세계 10위의 우주선진국으로 진입하고자 계획하고 있다. 본 로켓추진연구실은 액체로켓엔진의 핵심부품 중에 하나인 인젝터기술을 확보하고자 체계적인 연구를 시작하였으며, 미국의 Penn State Univ., 러시아의 MAI 등과 학문적 교류를 통하여 선진기술을 습득하였으며, 국내의 액체로켓개발을 맡고 있는 항공우주연구원(KARI)의 액체로켓엔진그룹과 긴밀한 연구를 유지하면서 발사체개발사업(KSLV)에 참석하고 있다.
$\blacksquare$ 1단계 연구(2001.7$\sim$2003.6) : 상압과 고압분무의 기초연구
$\circ$ 비반응 분무 모델 개발
- Like/unlike-doublet & F-O-O-F 인젝터의 분무 모델 개발 및 Swril-coaxial 인젝터의 분무 실험
- 비반응 분무특성 계측 기법 개발
$\circ$ 고압 분무 모델 개발
- Swirl-coaxial 인젝터의 분무 모델 개발
- 고압 조건에서의 분무 모델링 및 분무 특성 계측 기법 개발, 고압 분무 수치해석
$\blacksquare$ 2단계 연구(2003.7$\sim$2006.6) 초임계 분무 및 연소성능 실험을 통한 인젝터 최적설계
$\circ$ 초임계 환경 및 연소기 설계
- 초임계 환경에서의 분무특성 실험장치 설계 및 소형 로켓연소기 설계
- 극저온 분무특성 실험 및 분무모델 개발과 분무 및 연소특성 계측기법 개발
- 비정상 복합 유동 해석코드의 개발
$\circ$ 동특성 실험 및 연소특성
- 인젝터의 동특성 실험
- 인젝터의 연소특성 실험 및 성능과 연소불안정에 패한 해석기법 개발
$\circ$ 인젝터 최적설계 및 해석코드 구축
- 인젝터 최적설계 Database 구축 및 최적의 인젝터 설계 및 실험적 평가
- 성능 및 안정성 해석코드 구축

Abstract ▼

According to the Mid-to-Long Term Space Development Plan, multipurpose satellites will be launched by launching vehicles in 2007 and 2015 with our own technology and Korea will rank among the top 10 advanced aerospace countries by 2015. Rocket Propulsion Lab (NRL) has focused on the systematic resea

According to the Mid-to-Long Term Space Development Plan, multipurpose satellites will be launched by launching vehicles in 2007 and 2015 with our own technology and Korea will rank among the top 10 advanced aerospace countries by 2015. Rocket Propulsion Lab (NRL) has focused on the systematic research of injector technology which is one of the core technologies in liquid rocket engines and achieved advanced technology through research exchanges with Penn State Univ. in USA and MAI(Moscow Aviation Institute) in Russia. Also, Rocket Propulsion lab joined the Korean Space Launch Vehicle (KSLV) Program maintaining close cooperation with the Liquid Rocket Engine Croup in Korea Aerospace Research Institute(KARI) which is in charge of development of liquid rocket engines for space launchers.
The objectives and contents of researches during past 5 years are as follows.
1st Phase(2001.7$\sim$2003.6) : Research of spray characteristics in ambient and high pressure environment
$\bullet$ Development of non-reacting spray models
- Development of spray models of like/unlike-doublet & F-O-O-F injectors and spray tests of swirl-coaxial injectors
- Development of measurement techniques for non-reacting spray characteristics
$\bullet$ Development of spray models in high pressure environments
- Development of spray models of swirl-coaxial injectors
- Spray modelling, measurement technique development and numerical analysis in high pressure environments
2nd Phase(2003.7$\sim$2006.6) : Optimum injector design based on supercritical and combustion experiments
$\bullet$ Supercritical environment apparatus and combustor design
- Design of experimental apparatus in supercritical conditions and small size rocket combustor
- Experiments and spray modelling in cryogenic environment and development of measurement technique for spray and combustion characteristics
- Numerical analysis code for unsteady combined flow
$\bullet$ Experiments of injector dynamics and combustion
- Experiments of injector dynamics
- Combustion tests of injector and development of numerical analysis for performance and combustion instability
$\bullet$ Development of optimum injector design and numerical analysis
- Database development of optimum infector design and experimental validation
- Development of numerical analysis code for stability and performance
The contribution and applications during 5-year-researches are as follows.
$\bullet$ Development of liquid rocket engines (Korea Sounding Rocket, KSR-III)
Starting from 1997, the first liquid rocket KSR-III was launched successfully in 2002. However, the engine itself was very sensitive to combustion instability so there were many difficulties in suppressing this detrimental phenomenon. During the development of KSR-III Rocket Propulsion Lab provided very useful results of spray and mixing characteristics of F-O-O-F type injector to Engine Group in Korea Aerospace Research Institute(KARI). Also, many results, such as measurement technique using laser diagnostics, high pressure chamber design technique and spray characteristics in high pressure environment, were provided to KARI as very useful data and the graduates of our lab were employed in KARI and played a very important role in developing the liquid rocket engines.
$\bullet$ Technical contribution to development of space launcher (Korea Space Launch Vehicle; KSLV-I, KSLV-II)
According to the Mid-to-Long Term Space Development Plan, the final objective is to develop the liquid rocket for launching 1.5 tons of multipurpose satellites by 2015 with our own technology and coaxial injectors are expected to be used in KSLV engines as a crucial component. Therefore, the optimum design idea of liquid rocket injectors obtained at our lab. can be utilized for stable operation in main chambers and gas generators of the liquid rockets.
$\bullet$ Application to supersonic engines (Ramjet, SCRamjet engine)
Combustion instabilities occurred not only in liquid rocket engines but also in aerospace engines with high efficiencies and high performance. Therefore, optimum design technique of liquid rocket injectors can be used in supersonic engines; ramjet and scramjet engines.
$\bullet$ International collaboration
By transferring design and measurement techniques of liquid rocket injectors to domestic and international research centers and industries, the main objective of our research can be achieved. Also, collaboration with Russia and USA which has the advanced technology in liquid rocket engines and participation in the international space launch vehicle program enables us to contribute to the development of our own liquid rocket engines.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...27
• 제 1 절 연구개발의 목적...27
• 1. 연구개발 최종 목표...27
• 2. 단계/년차별 연구개발 목표...27
• 제 2 절 연구개발의 필요성...28
• 제 3 절 연구내용 및 범위...33
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...36
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...40
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...50
• 제 1 절 목표 달성도...50
• 제 2 절 관련 분야에의 기여도...53
• 1. 연구성과의 기여도...53
• 2. 연구개발성과 현황...54
• 3. 특허출원/등록...55
• 4. 공공기능 수행실적...55
• 5. NRL 공조체제 구성 ((주)로템 액체로켓엔진시스템 연구실)...63
• 6. 국내외 협력 및 교류현황...64
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...65
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...66
• 제 7 장 참고 문헌...68