Development of Liquid Propellant Rocket Engine for KSR-III

KSR-III 액체추진제 로켓 엔진 개발

  • 최환석 (한국항공우주연구원 엔진그룹) ;
  • 설우석 (한국항공우주연구원 엔진그룹) ;
  • 이수용 (한국항공우주연구원 우주추진기관실)
  • Published : 2004.09.01

Abstract

KSR-III is the first Korean sounding rocket propelled by a liquid propellant propulsion system and it has been developed over 5 years using purely domestic technologies. The propulsion system of KSR-III is a 13-ton class see-level thrust liquid rocket engine(LRE) which utilizes liquid oxygen and kerosene for its propellants and employed pressurized propellant feeding and ablative cooling system. The problem of combustion instabilities which has brought the most difficulty in the development was resolved by implementation of a baffle. Through the development of KSR-III LRE, meaningful achievements have been made in the core technologies of LRE such as design of injectors and combustion chambers and test, evaluation, and control of combustion instabilities. The acquired technologies will be applied to the development of higher performance LREs necessary for future space development programs such as Korean Small Launch Vehicles(KSLV) In this paper, the development of KRE-III LRE system is described including its design, analyses. performance tests and evaluation.

KSR-III는 한국 최초의 액체 추진기관 과학로켓으로서 5년간의 기간에 걸쳐 순수 국내 기술로 개발 되었다. KSR-III의 추진기관은 액체산소와 케로신을 추진제로 사용하는 지상 추력 13톤급의 액체 엔진으로서, 가압식 추진제 공급방식과 내열재 삭마방식을 채택하였다. 엔진 개발과정에서 최대의 난제였던 연소불안정 문제는 배플의 설치를 통하여 해결하였다. KSR-III 액체 엔진 개발을 통하여 분사기 및 연소기의 설계, 연소불안정의 시험, 평가, 제어 기술과 같은 액체로켓 엔진 개발의 핵심기술을 확보함으로써 의미 있는 기술적 성과를 거두었다. 여기서 습득된 기술은 소형우주발사체(KSLV)를 포함한 향 후 우주개발을 위한 고성능 액체로켓 엔진 개발에 응용될 것이다. 본 논문에서는 KSR-III 액체 로켓 엔진의 설계, 해석, 성능 시험 및 평가를 포함한 개발 전 과정에 대하여 기술하였다.

Keywords

References

  1. 조강래 외 다수, '3단형 과학로켓 개발사업.' 한국항공우주연구원, 2003년 1월
  2. KSR-III 비행시험 보고서. 한국항공우주연구원, 2003년 1월
  3. 김승한 외 6인, KARI 연소시험설비(ReTF)에서의 액체로켓엔진 성능시험,' 제3회 우주발사체 심포지움, 2002, pp. 25-30
  4. 강선일 외 6인, 'PTA-II 시험설비를 활용한 KSR-III Rocket 추진기관 종합시험,' 제20회 한국추진공학회 춘계학술대회 논문집, 2003
  5. 하성중, 문윤환, 김병훈, 한산엽, 'KSR-III 단인증 시험모델 연소시험 결과분석. KARIRED- TM-2002-003. 한국항공우주연구원, 2002
  6. 조원국, 문윤환, 권오성, 조인현, '액체로켓 추진제 공급계에서 캐비테이션 벤추리의 유량제어 특성,' 한국항공우주학회지, 제30권. 제6호, 2002. pp.45-52
  7. 한영민, 조남경, 박성진, 이수용, 이대성.'KSR-III 주엔진 연소시험 Cyclogram에 대한고찰,' 한국추진공학회지, 제6권 제3호, 2002. pp.19-27
  8. 조원국, 'KSR-III 매니폴드의 추진제 분사균열성 해석,' 항공우주기술. 제1권, 제2호, 한국항공우주연구원, 2002
  9. Dieter K. Huzel and David H. Huang, 'Modern Engineering for Design of Liquid-Propellant Rocket Engines' Progress in Astronautics and Aeronautics, Vol 147, AIAA 1992
  10. D. J. Harrje and F. H. Reardon. 'Liquid Propellant Rocket Instability,' NASA SP-194, 1972
  11. G. P. Sutton, 'Rocket Propulsion Elements' 6th ed., John Wiley & Sons Inc.. 1992
  12. 손채훈, 김영목, '음향공이 장착된 로켓 엔진 연소실의 음향장해석,' 한국항공우주학회지. 제30권, 제4호, 2002, pp. 28-37
  13. Liquid Rocket Engine Combustion Stabilization Devices, NASA SP-S113, 1974
  14. 손채훈, '배플이 장착된 로켓엔진 연소기의 음향장 해석,' 대한기계학회논문집 B, 제26권, 제7호. 2002, pp.966-975 https://doi.org/10.3795/KSME-B.2002.26.7.966
  15. 고영성, 이광진, 김홍집, '액체로켓엔진 연소실에서의 상온 음향시험,' 대한기계학회논문집 B, 제28권, 제1호, 2003, pp.16-23
  16. 문윤완 외 4인. '연소 불안정 수동제어 기구(배플)을 장착한 KSR-III 액체 로켓 엔진의 성능 및 연소특성 해석,' 한국추진공학회지, 제7권, 제4호, 2003, pp.63-72
  17. G. Paul Richter and Timothy D. Smith. ' Ablative Material Testing for Low-Pressure, Low-Cost Rocket Engines.' NASA TM 107041. October 1995
  18. G. V. R. Rao, 'Exhaust Nozzle Contour for Maximum Thrust,' Jet Propulsion, vol. 28, June 1958, pp.377-382 https://doi.org/10.2514/8.7324
  19. 최정열, 최환석, '액체로켓 노즐의 열화학적 성능 해석', 한국항공우주학회지, 제31권, 제1호, 2003, pp.85-96
  20. 김승한 외 8인, 'KSR-III 액체로켓엔진 설계점 연소시험,' 항공우주기술, 제2권, 제1호, 항공우주연구원, 2003, pp.8-14
  21. 한영민 외 8인,'KSR-III 액체로켓엔진 탈설계점 연소성능시험,' 한국항공우주학회 추계학술대회 논문집, 2002. pp.1045-1052
  22. 하성업, 문윤완, 류철성, 한상엽, 'KSR-III 로켓엔진 최적성능 분석,' 한국항공우주학회지, 제32권, 제4호, 2004, pp.80-87
  23. 한영민 외 6인, '실물형 액체로켓엔진에서 Pulse Gun을 이용한 연소안정성평가 시험,' 제4회 우주발사체 심포지엄, 2003, pp.33-37