Study on the Development Trend of Pressurization System for Propulsion System of Launch Vehicle

발사체 추진기관 가압시스템 개발 사례 연구

A system to pressurize propellants stored in propellant tanks is necessary to feed liquid-propellants into combustion devices at the required pressure and flowrate without having cavitation in turbo-pumps. A pressurization system can be categorized into pre-pressurization stage and main-pressurization stage. This report is regarding to a main-pressurization system. Pressurization methods for propellant tanks are divided into pressurant gas generating method and pressurant gas feeding method. One of pressurant gas generating methods uses the vaporized oxygen gas from cryogenic liquid oxygen and non-flammable gas. In this report, both advantages and disadvantages for pressurization methods and types of pressurization systems are compared. Especially the characteristics and principle of pressurization system using impulsive control strategy applied in launch vehicles are introduced. Additionally the structure, schematics, and specifications of heat exchanger, which is one of main units in pressurization system are also discussed. This paper can be utilized to generate the conceptual requirements and to design preliminary configuration of pressurization system during the development of launch vehicle.

터보펌프에서 발생 가능한 cavitation을 동반하지 않으면서 추진제를 요구하는 압력과 유량으로 연소기에 공급하기 위해서는 추진제 탱크에 저장된 추진제를 가압하는 시스템이 필요하다. 가압시스템은 선가압과 주가압으로 분류할 수 있으며, 본 연구에서는 주가압 시스템에 대해서만 언급한다. 추진제탱크 가압 방식에는 가압가스 생성방법과 공급 방법으로 나눌 수 있으며, 가압가스 생성방법으로는 비활성가스 및 극저온 산화제를 기화시켜 추진제탱크에 공급하는 방법이 있다. 본 연구에서는 가압시스템의 분류와 가압 방식에 따른 장단점을 비교하였으며, 특히 발사체에서 사용하고 있는 가압방식 중에서 임펄스 제어방식의 원리와 가압시스템의 특성을 기술한다. 또한 가압시스템의 구성요소인 열교환기의 형상과 구조 및 각 열교환기의 특징에 대하여 설명한다. 본 자료는 발사체 개발단계에서 가압시스템의 기본요구조건 도출과 개념설계 단계에서 활용할 수 있다.