본 연구는 등가출력 100마력 급의 가스터빈 엔진을 이용한 보조동력장치의 시제품을 개발하는 것을 최종목표로 수행되었다．응용연구단게 3년간은 항우연을 주관으로 하고，시험개발단계 2년간은 삼성테크윈 (주）을 주관으로 하여 공동연구기관인 기계연과 위탁연구기관인 서울대로 구성된 산$\cdot$학$\cdot$연 주진체게에 의해 종 5차 년 도에 걸쳐 수행되었다． 1차 년도에서는 개발대상 보조동력장치의 사양을 결정하기 위한 요구도 분석 및 시스템 상세설계를 위한 요소부풍의 기본 형상설계를 목표로 하
본 연구는 등가출력 100마력 급의 가스터빈 엔진을 이용한 보조동력장치의 시제품을 개발하는 것을 최종목표로 수행되었다．응용연구단게 3년간은 항우연을 주관으로 하고，시험개발단계 2년간은 삼성테크윈 (주）을 주관으로 하여 공동연구기관인 기계연과 위탁연구기관인 서울대로 구성된 산$\cdot$학$\cdot$연 주진체게에 의해 종 5차 년 도에 걸쳐 수행되었다． 1차 년도에서는 개발대상 보조동력장치의 사양을 결정하기 위한 요구도 분석 및 시스템 상세설계를 위한 요소부풍의 기본 형상설계를 목표로 하였다．요구도 분석 방법으로는 현재 국내외에서 사용되고 있거나 향후 개발될 예정에 있는 보조동력장치들에 대한 사양들과 국내 기술수준을 객관적으로 평가하여 요소부풍의 성능 및 시스템 사양을 도출하였다．기본 형상설계는 먼저 시스템에 대한 사이클 해석을 다 각도로 수행하여 개발된 제품의 활용도를 극대화시켰으며 시스템 사양을 만족할 수 있는 요소부풍에 대한 기본 형상설계를 수행하였다． 2차 년도에서는 요소 부품에 대한 상세설계 및 핵심부풍의 제작을 목표로 설정하였다．상세설계에서는 3차원 전신유동해석을 통하여 설계된 요소부풍의 성능을 검증함으로써 요소부풍에 대한 최종 형상을 확정지었다．또한 이를 실험적으로 검증하기 위한 요소 부품 성능시험기를 구성하였으며 시스템 구성을 위한 보기시스템 에 대한 기본설계 및 제작이 이루어졌다． 3차 년도에서는 성능시험을 통한 요소 부품들의 성능검증과 보조시스템 제작 및 시제품 조립을 목표로 하였다．보조동력장치의 성능을 결정하는 압축기와 연소기에 대한 성능평가 시험을 수행함으로써 설계된 부풍에 대한 실증적 성능을 검증하였다．또한 보조동력장치 시스템의 시제품 제작을 위해서 고속발전기 및 엔진제어장치 등과 같은 보기시스템을 제작하고 시험하였다． 4차 년도에서는 핵심 모듈의 성능 보완 및 보조동력장치 시스템의 제작／조립 및 성능 확보를 목표로 설정하였다．압축기의 성능 개선을 위해 2가지 형태의 Channel Diffuser 및 Air Foil Diffuser에 대한 성능 시험을 수행하여 압축기 Map을 확보함으로써 광범위한 운전 영역에 보조동력장치를 적용할 수 있는 근거를 확보하였고，연소기의 성능 개선을 위해 2가지 형태의 Liner에 대한 성능 시험을 수행하여 최적의 Liner를 선정하였다．또한 110kW 고속발전기． 100kW전력변환장치, Air Foil Bearing, 연료/윤활시스템 및 엔진제어기를 개발하고 성능을 확보함으로써 보조동력 장치 시스템 초도 시제를 조립하고 100% RPM까지 운전하였다．또한 군용 적용성을 항상시킨 블 베어링으로 지지되는 25kW HSG를 설계하였다． 5차 년도에서는 보조동력장치 시스템의 구조안정성，성능 및 내구도를 확보하고 제어의 안정성을 확보하는 것을 목표로 설정하였다．과제가 종료되는 시점에 가능한 사업 분야를 군수사업으로 결정하고 각종 보기류를 군용으로 적용 가능하도록 개발하였다．축출력을 주로 사용하는 응용분야와 압축공기를 주로 사용하는 응용분야에 각각 다른 터빈을 적용하여 그 효용성을 극대화하였다． APU 3호기를 활용하여 민군겸용과제 설계점（전기출력 55kW + 0.155kg/s) 및 죽 출력 100kW까지의 성능 시험과 APU 3호기를 활용한 Mil_DP 성능 시험을 수행하였으며，내구도 시험 및 환경시험은 현재 진행 중에 있다． 본 연구보고서는 총 5년 동안에 걸쳐 수행된 보조동력장치의 시제품 개발을 위한 시스템 사양 결정，요소부풍 설게 및 성능시험，보기시스템 제작과정，전체 시스템 제작／조립／시험평가 등을 상세히 기록하고 있다．본 연구보고서에서 언급된 내용 들은 현재 국내의 가스터빈엔진에 대한 설게 및 성능시험 관련 기술들이 종 망라된 것들이며 이를 통한 국내관련 기술의 수준을 평가할 수 있는 시금석이 될 것으로 사료된다
Abstract▼
This project is intended for the development of a prototype airbome auixiliary power unit (APU) with the eqluivalent power of 100shp. KARI has led three years of research application stage, and Samsung Techwin has led the following two years of test and evaluation stage with KIMM as a co- research i
This project is intended for the development of a prototype airbome auixiliary power unit (APU) with the eqluivalent power of 100shp. KARI has led three years of research application stage, and Samsung Techwin has led the following two years of test and evaluation stage with KIMM as a co- research institute and Seoul national univ. as a research-contractor. This project has been planned and performed for 5 years under the collaboration of industly, university, and research institute. In the first year, the design requirement of each components as well as APU system had been obtained from the system design and analysis. The requirements of the system design has been determined analyzing the domestic technology level and the leading technology from abroad. The preliliminary design has been carried out by a various cycle analysis of the system to maximize the application of the developed products. In the 2nd year, the detail design and the manufacture of the core cmponents has been performed. In the process of the detail design, the final shape of the core components has been determined verifying the performance using 3-D Computational flow analysis. Besides, the test facility to verify the designed core components had been established. In the 3rd year, the performance evaluation of the core components and assembly of APU has been performed. From the performance test of the cmpressor, the combustor, and the sub-dynamic part, the desired performance expected in the design stage has been obtained and verified. Besides, the sub-system (i.e., the high speed generator and the engine control part) has been developed for the practical application of APU. In the 4th year, the performance of the core modules has been upgraded and APU system has been manuifactured, assembled, and tested to get the desired performance. To improve the compressor performance, two types of diffusers have tested and the compressor map has established a basis for a broad operation range of the APU. To improve and optimize the combustor, two types of liners have tested. The performance of 110kW HSG, 100kW PCU, AFB, fuel/oil system, and DEEC has been confirmed at each performance test rig. A prototype APU assembled with all the confirmed components has tested up to 100% RPM. Besides, the 25kW HSG, supported by ball bearings, has been designed to improve the military applicability. In the 5th year, the performance, life, and control stability of the APU have been evaluated. All the accessories have been developed for military applications before the end of this project. The design point of Dual Use Technology Project has been tested using the 2nd engine of the APU. The Milltaly Design Point has been defined for the requirement of a military ground equipment which was considered as the first application of the APU, The 3rd engine of APU has been tested for the evaluation of performance and endurance at the Mil-DP. In this report, we have noted the methodology of the determination of the system specification,, the design and the performance test of the sub- components, and the manufacturing process of the sub-systems. It is highly expected that the technology substantiated from this project will leap the technology level in our country.
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