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 차세

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 개념 설계, 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. According1y, 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. According1y, 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. Ouring 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

• Volume 1 (of 5) 설계분야 ... 1
• 1.1 10 톤급 액체로켓엔진에 대한 개념설계적 연구 ... 14
• 1.2 재생냉각 연소시험 Scheme에 대한 연구 ... 24
• 1.3 물냉각방식 적용시 연소기에 대한 개념설계 ... 27
• 1.4 액화천연가스(LNG) 로켓엔진 재생냉각시스템 개발 ... 37
• 2.1 개발 기술 사양서 ... 50
• 2.2 재료물성 특성 평가 ... 59
• 3.1 연소실 벽에서의 열전달을 고려한 연소가스 및 냉각제 열 유동 해석 ... 75
• 3.2 인젝터 코킹 형상에 따른 열유동 해석 ... 80
• 3.3 연소기 후류 초음속 제트 유동해석 ... 97
• 3.4 NRL 대형 연소기 냉각채널 유동해석 ... 108
• 3.5 NRL 9.5톤급 액체 산소/가스메탄 연소기의 분사기를 고려한 내부 유동 해석 ... 114
• 3.6 노즐 후류 유동 관련 연구보고서 ... 133
• 3.7 단위 인젝터 분사 유동 보고서 ... 139
• 3.8 Mixing Head Fire Bottom 연소 유동장 해석 보고서 ... 169
• 3.9 인젝터 관련 연구 보고서 ... 185
• 3.10 NRL 재생냉각 시스템 열유동 해석 ... 202
• 3.11 NRL 관련 3차원 유동 해석 Model 보고서 ... 211
• 4.1 연소기의 상세설계 및 강도시험 모사해석 ... 221
• 4.2 연소기 비정상/비선형 열구조 및 피로해석 ... 253
• 4.3 로켓엔진 냉각채널 피로수명 예측 ... 264
• 4.4 극저온 압력용기에 대한 피로/파괴 수명 예측 및 평가 ... 283
• 5.1 Mixing Head 및 Injection Tip에서의 열전달에 대한 수치해석적 연구 ... 296
• 5.2 NRL 연소기 물냉각 열해석 보고서 ... 307
• 5.3 액체로켓엔진의 내부 벽면 근처에서의 추진제 혼합비 변화의 영향에 대한 연 구 ... 321
• 6.1 ECC 제조 공정도 ... 329
• 7.1 재생냉각 연소기 유사냉각제 연소시험 결과분석 ... 368
• 8.1 재생냉각 연소시험 절차 보고서 ... 379
• 9.1 연소기 계측연구 보고 ... 387
• 10.1 Homepage 운영 자료 ... 397
• 10.2 세미나 개최 및 전문가 초빙자료 ... 401
• Volume 2 (of 5) 제작분야 ... 424
• 1. 제작내역 ... 437
• 2. 품질보증문서 ... 442
• 2.1 제조공정도 ... 443
• 2.2 QC공정도 ... 446
• 2.3 작업표준서 ... 458
• 2.4 공정사진 ... 470
• 3. 수입검사 성적서 ... 499
• Volume 3 (of 5) 시험분야 ... 513
• 1. NRL 시험용 액체메탄 공급배관 제작/설치 완료보고서 ... 526
• 2. NG & LNG 시스템 운용 지침서 ... 550
• 3. 재생냉각 연소시험 계획서 ... 602
• 4. NRL 재생냉각 시험결과 분석 보고서 ... 651
• 5. Analysis of Wall and Coolant Temperature and Performance In Regenerative-Cooled Firing Tests using Natural Gas as a Fuel ... 669
• Volume 4 (of 5) 연구논문 및 지적재산권 출원자료 ... 701
• Volume 5 (of 5) 기 타 ... 842
• 1. 위촉 연구 보고서 ... 855
• 2. Lecture on Liquid Propellant Rocket Engine Injectors ... 888
• 3. 해외 전문가 초청 공개 세미나 ... 1098
• 4. 로켓엔진 냉각채널 피로수명 예측 ... 1152
• 5. 액체로켓용 Coaxial injector의 분무특성에 관한 연구 ... 1164
• 6. 연소시험 분석 프로그램(TREAP V.1) ... 1197
• 7. Atomization of Liquids ... 1203