Study on Temperature Drop Rate during Pressurant Discharge

가압제 토출시 온도강하율에 대한 연구

The pressurization system in a liquid rocket propulsion system provides a controlled gas pressure in the ullage space of the vehicle propellant tanks. It is advantage to employ a hot gas heat exchanger in the pressurization system to increase the specific volume of the pressurant and thereby reduce over-all system weight. Therefore a significant improvement in pressurization system performance can be achieved, particularly in a cryogenic system. For this study air and $CN_2$ are employed as external fluid and pressurant respectively Numerical analysis on the pressurant discharging characteristics have been compared with the experimental results performed at the PTF(Propellant-feeding Test Facility). It is shown that the discrepancy of analytic and experimental results is within about ${\pm}15%$. It is estimated that the temperature drop rate of cryogenic pressurant immersed liquid oxygen can be predicted using this analytic approach method.

액체로켓 추진시스템에서 가압시스템은 발사체 추진제 탱크의 얼리지 공간에 제어된 가스를 공급하는 것이다 가압시스템에서 고온 가스 열교환기를 적용하는 데는 가압제의 비용적을 증가시켜 전체 발사체 시스템의 중량을 감소시키는 장점이 있다. 그러므로 가압시스템 성능에 있어서 주목할 만한 개선점은 특히 극저온 시스템에서 얻어질 수 있다. 본 연구에서는 외부 유체와 가압제로 공기와 $CN_2$를 각각 적용하였다. 가압제 토출 특성에 관한 수치 해석은 PTF에서 수행된 실험 결과와 비교되었다. 해석과 실험 결과의 오차는 약 ${\pm}15%$ 이내로 나타났다. 이러한 해석적 접근을 사용하면 액체산소에 잠겨진 극저온 가압제의 온도강하율을 예측할 수 있을 것으로 사료된다.