Optimal Design and Combustion Analysis of Fuel-rich Gas Generator for Liquid Rocket Engine Based on RP-1 fuel

RP-1연료를 사용한 농후연소 가스발생기의 최적설계 및 연소해석

The optimal design and combustion analysis of the gas generator for Liquid Rocket Engine (LRE) were performed. A fuel-rich gas generator in open cycle turbopump system was designed for 101on1 in thrust with RP-1/LOx combination. The optimal design was done for maximizing specific impulse of main combustion chamber with constraints of combustion temperature and power matching in turbopump system. Results of optimal design show the dimension of length, diameter, and contraction ratio of gas generator. The configuration of the gas generator and the condition for performance which can maximize the objective function were determined and found to meet the design constraints. Also, the combustion analysis was conducted to evaluate the performance of designed chamber and injector of gas generator. And the effect of the turbulence ring was investigated on the mixing enhancement in the chamber.

액체로켓 엔진에 사용되는 가스발생기의 최적설계와 연소해석을 수행하였다. 추진제는 RP-1/LOx 이고, open cycle터보펌프 시스템을 사용하였으며, 가스발생기는 농후(fuel-rich)연소를 적용하였다. 최적설계의 목적함수는 주연소실의 비추력이 최대가 되는 것으로 하였다. 설계변수는 가스발생기의 O/F비, 유량(mass flow rate into gas generator), 터빈 노즐 출구 각, 부분분사비, 그리고 터빈 원주속도로서 이들을 이용하여 가스발생기의 열역학적 성능을 계산하였고, 설계제한조건인 가스발생기 연소실 총온도와 터빈-펌프의 출력일치(matching)를 만족하면서 목적함수를 최대화 할 수 있는 가스발생기의 형상과 성능조건을 확인하였다. 연소해석을 통하여 난류고리 장착에 따른 연소가스의 혼합길이와 연소실 직경을 검토하고, 반경방향의 온도분포 등을 살펴보았다.