로켓엔진용 연료펌프 전산유동해석

The performance analysis of a fuel pump for a liquid rocket engine has been performed numerically on its design condition. A commercial three-dimensional Navier-Stokes flow solver has been used for the computation. All of the fuel pump components - inducer, impeller, volute and secondary flow passages - are included in computation for the accurate estimation of the leakage flow rate which affects the performance and axial thrust. A pitchwise-averaged mixing plane method was used on the boundaries among the fuel pump components to save computational time. The predicted overall performance satisfied the design requirement. However, the axial thrust exceeded a permissible limit. In order to reduce the axial thrust, the secondary flow passage design has been changed. With this change, the axial thrust level has been reduced to 30% as compared with the original value.

액체로켓용 연료펌프의 설계를 검증하기 위해 상용 3차원 유동해석 소프트웨어를 이용하여 설계점 성능을 예측하였다. 연료펌프의 성능과 축추력에 영향을 미치는 누설유량에 대한 예측의 정확도를 높이기 위해 인듀서, 임펠러, 볼류트 및 2차 유로를 계산영역으로 설정하였으며 인듀서/임펠러/누설유로/볼류트 사이의 경계면에 혼합면 기법을 적용하여 계산에 소요되는 시간을 줄이고자 하였다. 유동해석을 통해 예측된 수력성능은 설계요구조건을 만족시키는 것으로 나타났으나 축추력이 허용치에 비해 크게 예측되어 이를 감소시키기 위한 설계변경이 이루어졌다. 변경된 설계안에 대한 유동해석을 수행한 결과 연료펌프의 수력성능은 유지되면서 축추력은 처음의 설계안에 비해 30% 수준으로 크게 감소하였음을 확인할 수 있었다.