초록 ▼

□ 연구개요
우주개발 선진국들은 로켓엔진운용의 경제성과 신뢰성에 중점을 둔 재사용 우주발사체(reusable launch vehicles)에 대한 연구를 꾸준히 진행하고 있다. 특히, 우주발사체의 재사용은 발사체 제작과 운용에 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 이러한 국제적인 기술개발 추세에 따라 국내의 재사용 우주발사체 기술도 원천기술 확보가 절실히 요구되며, 이는 국내 우주개발 산업의 시간적/경제적인 이득을 가져다 줄 것이다. 본 연구과제에서는 케로신(RP-1, Kerosene), 액체산소(LOX) 등 극

□ 연구개요
우주개발 선진국들은 로켓엔진운용의 경제성과 신뢰성에 중점을 둔 재사용 우주발사체(reusable launch vehicles)에 대한 연구를 꾸준히 진행하고 있다. 특히, 우주발사체의 재사용은 발사체 제작과 운용에 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 이러한 국제적인 기술개발 추세에 따라 국내의 재사용 우주발사체 기술도 원천기술 확보가 절실히 요구되며, 이는 국내 우주개발 산업의 시간적/경제적인 이득을 가져다 줄 것이다. 본 연구과제에서는 케로신(RP-1, Kerosene), 액체산소(LOX) 등 극저온 유체를 사용하는 로켓엔진에 탑재된 터보펌프에 적용 가능한 외부가압 유체 베어링의 설계 및 시험평가 기술을 개발하였다. 우주 발사체에 사용되는 외부가압 유체 베어링의 설계 및 시험평가 기술 개발을 위하여 극한의 발사체 작동환경을 고려한 베어링의 정하중 특성(하중지지력, 동력손실, 마찰계수)를 비롯한 동하중 특성(강성/감쇠 및 관성 계수)을 측정하는 시험평가 장비를 개발하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
(가). 외부가압 베어링 설계/모델링/성능 예측 (나). 외부가압 베어링 단품 설계 및 제작 (다). 외부가압 베어링 단품 실험 장치 구축 및 시험 평가 (라). 회전체동역학 실험장치 설계 및 제작 (마). 회전체 동역학 특성 파악 및 시험 평가의 단계로 연구 계획을 설립하였으며, 이에 따른 연구를 수행하였다. 먼저 기존의 참고 문헌을 토대로 외부 가압 유체 저널 및 스러스트 베어링에 대하여 설계를 실시하였으며 레이놀즈 방정식 기반의 베어링 모델을 개발하여 베어링 성능을 예측하였다. 이후 해석을 통해 계산된 설계치수로 외부 가압 저널 베어링과 외부가압 스러스트 베어링의 제작을 진행하였다. 또한, 외부가압 저널 베어링과 외부가압 스러스트 베어링의 단품성능 특성을 평가할 수 있는 실험 장치를 개발하였으며, 정/동하중, 압력, 베어링 기울어짐 등 다양한 조건에서 베어링의 성능을 실험적으로 평가하였다. 또한, 외부 가압 유체 베어링의 실제 로켓 엔진용 터보 펌프의 작동조건을 고려한 실험장치 개발을 완료하였다. 실험장치는 다양한 정/동하중, 불균형 질량응답 특성 등의 회전체 동역학 실험을 진행할 수 있으며, 로켓엔진용 터보펌프 뿐만 아니라, 다양한 환경에서 작동하는 유체베어링의 특성을 실험적으로 평가할 수 있다.

□ 연구개발결과의 중요성
연구 과정에서 제작한 베어링은 해석을 통하여 제시한 수치와 유사한 성능을 나타내어 우주 발사체용 터보펌프 시스템에 적용할 경우 안정적으로 시스템을 구동시킬 수 있음을 보였다. 이는 향후 진행될 한국형 발사체에 적용하는데 적합한 회전체-베어링 시스템을 구축하였다는 점에 있어서 매우 큰 의미를 가진다. 향후 연구에서는 재사용 우주 발사체 로켓 엔진 터보 펌프에 적용가능한 외부 가압 베어링의 다양한 설계조건과 작동환경을 고려한 수치해석 및 실험을 진행하여 데이터 베이스를 확보할 예정이다. 더불어, 연구를 통해 논문 작성 및 국내외 학술대회 발표 과정에서 총 27 편의 논문을 발표하였으며, 5편의 논문상을 수상하였으며, 2건의 특허 출원을 완료하였다. 추가적으로, 회전체동역학 분야에 종사하는 졸업생을 다수 배출함으로 인해 석박사급 신진 인력 양성에도 이바지하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 가. 외부가압 베어링 설계/모델링/성능 예측 ... 6
• 나. 외부가압 베어링 단품 설계 및 제작 ... 7
• 다. 외부가압 베어링 단품 실험 장치 구축 및 시험 평가 ... 8
• 라. 회전체동역학 실험장치 설계 및 제작 ... 10
• 마. 회전체 동역학 특성 파악 및 시험 평가 ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 16
• 대표적 연구실적 ... 26
• 끝페이지 ... 32