Numerical Investigation of the Effect of Nozzle-Rotor Axial Clearance on the Supersonic Turbine Performance

노즐-로터 간극이 초음속 터빈의 성능에 미치는 영향에 대한 수치해석 연구

This paper studies the effects of the nozzle-rotor axial clearance of a supersonic turbine on turbine performance. The nozzle-rotor axial clearance of the supersonic turbine developed to drive a turbopump for 30 ton class liquid rocket engines was varied and a numerical analysis of the turbines having the different nozzle-rotor axial clearances was conducted. It has been found that turbine performance degrades with an increasing axial clearance due to the increased stagnation pressure loss in the axial clearance region.

초음속 터빈의 로터와 노즐사이의 간극은 터빈의 성능과 운전의 안정성에 직접적인 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 30톤급 개방형 액체로켓엔진용 터보펌프의 구동원으로 개발된 초음속 터빈에 대하여 노즐과 로터의 간극이 변화된 형상을 구현하고 이에 대한 계산을 수행한 후 그 결과를 분석하였다. 계산결과로부터 노즐-로터 간극이 증가함에 따라 이 영역에서의 전압력 손실이 증가하고 이에 따른 터빈 성능이 감소함을 확인하였다.