Preliminary Research of Regenerative Cooling for Small Scale Combustors

소형 연소기를 위한 재생냉각의 선행연구

Applicability of regenerative cooling in 2,500 N-class bipropellant thruster using hydrogen peroxide and kerosene was considered for improvement performance and application in various missions. Calculation was performed by one dimensional approach using hydrogen peroxide as a coolant. In designed regenerative cooling thruster, heat flux at nozzle throat was estimated at 18 ~ 20 $MW/m^2$. Designed cooling channel width and height were 2.5 mm and 0.5 mm, respectively. Based on designed cooling channel configuration, flat plate model was manufactured and tested for estimation of pressure drop in cooling channel, and CFD analysis was compared with the test result. The maximum error between CFD analysis and experimental result was approximately 13% and average error was approximately 5%.

2,500 N급 과산화수소/케로신 이원 추력기의 성능 향상 및 다양한 임무에 적용하기 위하여 재생냉각의 적용가능성을 검토하였다. 1-D 계산을 통해 과산화수소를 냉각제로 하는 경우에 대한 계산을 수행하였다. 설계된 재생냉각 연소기의 노즐 목에서의 열 유속은 18~20 $MW/m^2$ 로 예측되었으며, 그에 따른 유로의 너비는 2.5 mm 높이는 0.45 mm로 설계 되었다. 설계된 유로형상을 바탕으로 냉각 유로 내에서의 압력강하를 예측하기 위한 평판형 모델을 제작하여 실험을 진행하였고, 수치해석결과와 비교를 수행하였다. 그 결과, 수치해석과 실험결과와의 최대 오차는 약 13%, 평균 오차는 약 5%로 계산되었다.