특성길이 변화에 따른 $H_2O_2$/Kerosene 이원추진제 로켓 엔진의 성능평가

Performance evaluation on characteristic length variation of $H_2O_2$/Kerosene bipropellant rocket engine

고농도 과산화수소를 이용하는 1,200 N 급 이원추진제 로켓 엔진 개발을 위한 기존 연구와 더불어, 특성길이의 영향 및 추력 측정을 통한 실질적인 성능을 평가하였다. 특성길이는 0.95, 1.07과 1.20 m, 총 3가지 경우에 대하여 실험을 수행하였으며, 특성길이의 증가에 따라 $C^*$ 효율 및 Isp 효율 모두 증가함을 확인하였다. 설계 당량비에서의 최대 $C^*$ 및 Isp 효율은 각각 98.4%와 93.1%로 측정되었다. 엔진 성능 평가 결과를 바탕으로 분해된 과산화수소를 이용한 엔진에서의 최적 특성길이를 제안하고, 설계 당량비에서의 추력 및 비추력 효율을 이용하여 진공에서의 엔진성능을 예측하여 보았다. 그 결과, 지상 218.4 s, 진공 253.3 s의 비추력과, 진공 추력 1035.3 N의 성능을 예상할 수 있다.

In addition to the previous study for development of a 1,200 N-class bipropellant rocket engine with concentrated hydrogen peroxide, the effect of characteristic length and thrust measurement were experimentally evaluated. Tests with characteristic lengths of 0.95, 1.07, and 1.20 m were performed and $C^*$ and Isp efficiencies were increased as increasing characteristic length. The maximum $C^*$ and Isp efficiencies were 98.4% and 93.1% respectively. Based on the evaluation of the designed engine, the optimized characteristic length was proposed in using the engine adapted decomposed hydrogen peroxide and the engine performance at vacuum-level was evaluated using thrust and Isp efficiency at the designed equivalence ratio. As a result, 218.4 s at sea-level, 253.3 s at vacuum-level, and vacuum thrust of 1035.3 N can be estimated.