초록 ▼

Ⅱ. 연구개발의 목표
1. 개발 중인 엔진을 포함한 팽창식 액체로켓엔진 자료조사(추진제 조합, 분사기 형상, 엔진 입구 압력 및 온도, 재생냉각에 의한 가열 온도, 차압 등)
2. 정격 연소실 압력 4.5 MPa, 추진제 혼합비 3.4, 추력 30 kN급의 팽창식 메탄엔진 연소기에 적용 가능한 분사기 후보군 도출
3. 분사기 설계 변수 및 추진제 입구 조건에 따른 연소특성 파악
4. 냉각형 연소실을 활용한 열전달 데이터 확보

Ⅲ. 연구개발의 내용
1차년도
■ 팽창식 액체로켓엔진 자료조사<

Ⅱ. 연구개발의 목표
1. 개발 중인 엔진을 포함한 팽창식 액체로켓엔진 자료조사(추진제 조합, 분사기 형상, 엔진 입구 압력 및 온도, 재생냉각에 의한 가열 온도, 차압 등)
2. 정격 연소실 압력 4.5 MPa, 추진제 혼합비 3.4, 추력 30 kN급의 팽창식 메탄엔진 연소기에 적용 가능한 분사기 후보군 도출
3. 분사기 설계 변수 및 추진제 입구 조건에 따른 연소특성 파악
4. 냉각형 연소실을 활용한 열전달 데이터 확보

Ⅲ. 연구개발의 내용
1차년도
■ 팽창식 액체로켓엔진 자료조사
■ 분사기 형상에 따른 연소특성 파악용 액체산소/기체메탄 추진제 연소기(지상추력 0.5 kN ~ 1.0 kN 수준) 헤드 및 연소실 설계
■ 연소기 헤드 및 연소실(냉각형 노즐)을 활용한 연소시험(분사기 및 연소기 형상, 운영조건 등에 따른 연소효율 및 노즐 열유속 특성 파악)
■ 재생냉각 연소실 열전달 특성 파악을 위한 연소실 유동해석 및 열해석 기반 구축
2차년도
■ 팽창식 액체로켓엔진 자료조사(신규자료 및 개발현황 등 업데이트)
■ 연료 가열장치(100°C ~ 300°C) 설계，제작 및 성능 시험
■ 추진제 공급 조건(연료 온도)에 따른 연소효율 및 열유속 예측
■ 연료 입구 온도 변화와 추력조절을 포함한 연소기 연소시험 수행
■ 시험결과를 반영한 열전달 해석 결과 보정
3차년도
■ 팽창식 액체로켓엔진 자료조사(신규자료 및 개발현황 등 업데이트)
■ 1차년도/2차년도 연구결과를 반영한 액체메탄 재생냉각 연소기 열전달 해석 및 재생냉각형 연소기 설계
■ 재생냉각(극저온액체 활용)형 연소기 연소시험 수행
■ 시험결과를 반영한 액체메탄 열전달 해석 결과 보정

Ⅳ. 연구개발의 성과
● 국외저널 2편, 국내저널 1편
● 국외학술대회 2편, 국내학술대회 6편
● 박사학위배출 1명

Ⅴ. 활용계획 및 기대효과
■ 팽창식 사이클 메탄엔진에 대한 설계/해석 기술을 확보할 수 있으며, 엔진 설계에 필수적인 터빈입구 온도를 예측하기 위해 재생냉각 연소기 설계/해석/연소시험/냉각시험을 수행하여 설계 최적화에 필요한 기초 데이터를 제공할 수 있을 것임
■ 최근 메탄엔진이 재사용 발사체의 핵심으로 떠오르는 만큼, 우리나라도 재사용/저비용 발사체 개발을 시작하는 중요한 의미가 되며, 향후 발사 비용을 줄여 위성발사 상용화 시장에 접근하는데 큰 도움이 될 수 있음

(출처 : 요 약 문 3p)

Abstract ▼

Ⅱ. R&D Goals
1. Research survey on expander cycle liquid rocket engines
2. Derivation of candidate injectors applicable to the thrust chamber of an expander cycle methane engine with chamber pressure of 4.5 MPa, mixing ratio of 3.4, and thrust of 30 kN
3. Identification of combustion charac

Ⅱ. R&D Goals
1. Research survey on expander cycle liquid rocket engines
2. Derivation of candidate injectors applicable to the thrust chamber of an expander cycle methane engine with chamber pressure of 4.5 MPa, mixing ratio of 3.4, and thrust of 30 kN
3. Identification of combustion characteristics according to injector design variables and propellant inlet conditions
4. Securing heat transfer data using a cooled combustion chamber

Ⅲ. Contents of R&D
Year 1
■ Research survey on expander cycle liquid rocket engines
■ Liquid oxygen/gas methane propellant injector head and combustion chamber design for understanding combustion characteristics according to injector parameters
■ Combustion test using injector head and combustion chamber
■ Establishment of the basis for flow and thermal analysis to identify heat transfer characteristics of regeneratively cooled combustion chamber
Year 2
■ Updating research survey on expander cycle liquid rocket engines
■ Fuel heating device (100°C ~ 300°C) design, manufacturing and performance test
■ Prediction of combustion efficiency and heat flux according to propellant supply conditions (fuel temperature)
■ Combustion tests including fuel inlet temperature change and thrust control
■ Correction of heat transfer analysis results reflecting test results
Year 3
■ Updating research survey on expander cycle liquid rocket engines
■ Analysis of liquid methane regeneratively-cooled combustion chamber heat transfer and design of regeneratively-cooled thrust chamber reflecting the research results of the 1st and 2nd years
■ Combustion test using cryogenic liquid
■ Correction of liquid methane heat transfer analysis results reflecting test results

Ⅳ. R&D achievements
■ 2 international journals, 1 domestic journal
■ 2 international conferences, 6 domestic conferences
■ 1 person with a Ph.D.

Ⅴ. Utilization plan and expected effect
■ It is possible to secure design/analysis technology for an expander cycle methane engine, and basic data necessary for design optimization by performing regeneratively-cooled thrust chamber design/analysis/combustion test/cooling test.
■ As the methane engine has recently emerged as the core of reusable launch vehicles, it is of great significance for Korea to start the development of reusable/low cost launch vehicles, and it can be of great help in accessing the commercial satellite launch market by reducing launch costs in the future.

(source: SUMMARY 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• SUMMARY ... 4
• CONTENTS ... 5
• 목차 ... 6
• 제1장 서론 ... 7
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 7
• 제2절 연구개발의 목표 및 내용 ... 9
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 9
• 2. 연차별 연구개발의 목표 및 내용 ... 9
• 3. 연구개발의 추진일정 ... 10
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 12
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 18
• 제1절 팽창식 액체로켓엔진 자료조사 ... 18
• 1. 메탄엔진 자료조사 ... 18
• 2. 팽창식 사이클 엔진 자료조사 ... 19
• 제2절 분사기 형상에 따른 연소특성 파악용 액체산소/기체메탄 추진제 연소기 헤드 및 연소실 설계 ... 25
• 1. 연소기 헤드 및 분사기 설계 ... 28
• 2. 연소실 설계 및 제작 ... 31
• 제3절 연소기 헤드 및 냉각형 연소실을 활용한 연소시험 ... 34
• 1. 연소기 헤드 및 연소실 ... 34
• 2. 연소시험 조건 및 방법 ... 35
• 3. 연소시험 결과 ... 37
• 제4절 재생냉각 연소실 열전달 특성 파악을 위한 연소실 유동해석 및 열해석 기반 구축 ... 44
• 1. 3톤급 메탄엔진 연소기 이론 설계 ... 44
• 2. 3톤급 메탄엔진 연소실 냉각채널 설계 및 해석 ... 45
• 3. 3톤급 메탄엔진 연소기의 냉각 해석 ... 48
• 4. Opposite flow 해석에서 Segment 1에 TBC 코팅 ... 50
• 제4장 연구개발목표 달성도 ... 53
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 54
• 제6장 참고문헌 ... 56
• 끝페이지 ... 57