초록 ▼

◎ 연구 성과
- 한국형 발사체 개발의 핵심 부품인 터보펌프 인듀서에서 입구 유동이 성능에 미치는 영향을 측정하기 위해 인듀서 수류 시험 장비를 직접 설계하여 서울대학교에 설치
- 인듀서 수력 특성 파악을 위해 비-캐비테이션 및 캐비테이션 성능 측정
- 고속카메라를 이용한 인듀서 캐비테이션 가시화를 통해 인듀서 캐비테이션 현상을 물리적으로 이해
- 곡관의 곡률반경과 직관부 길이를 변경시켜 다양한 입구유동 불균일성을 생성하였고, 축 방향 속도 분포를 측정하여 입구 왜곡 계수를 계산하여 왜곡 정도 정량화
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◎ 연구 성과
- 한국형 발사체 개발의 핵심 부품인 터보펌프 인듀서에서 입구 유동이 성능에 미치는 영향을 측정하기 위해 인듀서 수류 시험 장비를 직접 설계하여 서울대학교에 설치
- 인듀서 수력 특성 파악을 위해 비-캐비테이션 및 캐비테이션 성능 측정
- 고속카메라를 이용한 인듀서 캐비테이션 가시화를 통해 인듀서 캐비테이션 현상을 물리적으로 이해
- 곡관의 곡률반경과 직관부 길이를 변경시켜 다양한 입구유동 불균일성을 생성하였고, 축 방향 속도 분포를 측정하여 입구 왜곡 계수를 계산하여 왜곡 정도 정량화
- 입구 왜곡 계수 및 유량 변화에 따른 인듀서 흡입 성능을 측정하여 상관관계 도출
- 입구 온도 변화에 따른 인듀서 흡입성능을 측정하여 상관관계 도출
◎ 추가 연구 성과
- 인듀서에서 발생하는 캐비테이션에 의한 수력 불안정성 측정 및 특성 파악
- 입구 왜곡 계수에 따른 캐비테이션 불안정성을 측정하여 캐비테이션 불안정성 발생과의 상관관계 도출
- 온도와 회전수를 무차원화한 무차원 변수를 사용하여 인듀서 흡입 성능 및 캐비테이션 불안정성을 측정하였고, 상관관계 도출
- 도출한 상관관계를 바탕으로 인듀서 흡입 성능 및 수력 안정성 향상 방안 제시
◎ 항공우주연구원과의 지속적인 연구 결과 공유 및 협력을 통해 KSLV-Ⅱ 개발에 필요한 터보펌프 개발에 기여

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Results
The major results of current research are as follows. Turbopump inducer water test facility has been designed and built in Seoul National University and validated through rotordynamics analysis, test-run, and vibration characteristics analysis. Flow rate and pressure rise in the inducer h

Results
The major results of current research are as follows. Turbopump inducer water test facility has been designed and built in Seoul National University and validated through rotordynamics analysis, test-run, and vibration characteristics analysis. Flow rate and pressure rise in the inducer have been measured under non-cavitating and cavitating conditions. Flow visualization at various flow coefficients and cavitation numbers has been performed using a high speed camera. Through many discussions with Korea Aerospace Research Institute, the radius of curvature and the straight length between the exit of s-duct and inducer leading edge have been varied to generate diverse inlet distortions. Inlet distortion factor has been calculated from the axial velocity distributions to quantify inlet flow non-uniformity. The correlation between the inducer suction performance and inlet distortion factor have been determined. In the case of the s-duct inlet, head coefficient drop starts at a higher cavitation number than the straight inlet case. Also, the correlation between inducer suction performance and temperature have been measured. Cavitation performance degradation starts at a lower cavitation number as water temperature increases.
Aditional investigations not in the original research plan have also been performed. Two types of cavitation instabilities have been identified in the test inducer using unsteady pressure transducers - rotating cavitation and asymmetric attached cavitation. The correlation between the cavitation instabilities and inlet distortion factor have been determined. In the case of the s-duct inlet, the onset cavitation number of rotating cavitation is higher than that for the straight inlet case. Also, as the water temperature increases, the onset of rotating cavitation shifts towards a lower cavitation number. To evaluate similarity between the experiment and the real turbopump conditions, temperature and rotational speed have been 2 non-dimensionalized into the non-dimensional thermal parameter and Reynolds number. As non-dimensional thermal parameter increases and Reynolds number decreases, the onset of rotating cavitation and caviationa performance degradation shifts toward lower cavitation number. Thus, inducer cavitation performance and hydrodynamic stability are enhanced as the inlet flow distortion is weakened; liquid temperature is increased; or inducer rotational speed is decreased.

(출처 : SUMMARY 6~7p)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2보고서 요약서 ... 3SUMMARY ... 6CONTENTS ... 8목차 ... 9제1장. 연구개발과제의 개요 ... 10 1절. 연구개발 목적 ... 10 2절. 연구개발의 필요성 ... 14 3절. 연구개발 범위 ... 16제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 17 1절. 해외의 우주발사체 연구개발 현황 ... 17 2절. 국내의 우주발사체 연구개발 현황 ... 18제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 20 1절. 문헌조사 및 자료 수집 ... 20 2절. 시험장비 설계 및 제작 ... 41 3절. 측정 장비 선정 및 보정 ... 54 4절. 시험 장비 시운전 ... 61 5절. 직관에서의 인듀서 성능 실험 및 유동가시화 ... 63 6절. 입구 유동 불균일성 생성 입구 곡관 설계 및 설치, 입구 유동 불균일성 측정 ... 72 7절. 입구 유동 불균일성에 기인한 인듀서 흡입성능 및 유동장 변화 ... 76 8절. 온도 변화에 따른 캐비테이션 성능 변화 ... 82 9절. 캐비테이션에 의한 불안정성(Cavitation Instability) ... 90 10절. 진동 측정 시험 ... 99 11절. 입구 유동 불균일성에 기인한 캐비테이션 불안정성 변화 ... 104 12절. 온도 변화에 따른 캐비테이션 불안정성 변화 ... 124 13절. 입구 유동 불균일성이 주어졌을 때 온도 변화에 따른 캐비테이션 성능 및 불안정성 변화 ... 144 14절. 연구 성과 ... 145제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 159 1절. 목표 달성도 ... 159 2절. 관련 분야 기여도 ... 165제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 166제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 167 1절. 캐비테이션(Cavitation) ... 167 2절. 캐비테이션 성능 및 캐비테이션 불안정성 ... 171 3절. 입구 유동 불균일성에 따른 캐비테이션 성능 변화 ... 177 4절. 입구 유동 온도변화에 따른 인듀서 성능 및 불안정성 변화 ... 180 5절. 기타 외부 조건에 따른 인듀서 캐비테이션 성능 변화 및 불안정성 변화 ... 185 6절. 인듀서 수류 시험 장비 ... 187 7절. 기타 문헌 조사 ... 190제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 191제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 192제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 193제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 194제11장. 기타 사항 ... 195제12장. 참고 문헌 ... 196끝페이지 ... 209