The Design and Hot-firing tests of a Water-cooled High Pressure Sub-scale Combustor

물냉각 고압 축소형 연소기의 설계 및 연소시험

  • 이광진 (한국항공우주연구원 연소기팀) ;
  • 김종규 (한국항공우주연구원 연소기팀) ;
  • 임병직 (한국항공우주연구원 연소기팀) ;
  • 안규복 (한국항공우주연구원 연소기팀) ;
  • 서성현 (한국항공우주연구원 연소기팀) ;
  • 한영민 (한국항공우주연구원 연소기팀) ;
  • 최환석 (한국항공우주연구원 연소기팀)
  • Published : 2007.06.30

Abstract

A 3-tonf-class high pressure sub-scale combustor was designed and manufactured to study the performance improvement of combustor. The combustor consists of a combustion chamber with film cooling, thermal barrier coating and water cooling channels to prevent thermal demage of the hardware and an injector head with 37 coaxial swirl injectors. Hot-firing tests were carried out at the design point with varying flow rate for film cooling. The test result revealed that the increase of film cooling flow rate decreases the combustion performance, but in the cases of similar film cooling flow rates, the combustion performance is dependent on the mixture ratio of main injector excluding the film cooling flow rate.

연소기의 성능 향상 연구를 위해 3톤급 고압 축소형 연소기를 설계 제작하였다. 이 연소기는 하드웨어의 열적 손상을 방지하기 위해 막 냉각 및 열차폐 코팅 그리고 축방향 물냉각이 적용된 연소실과 37개의 동축 와류형 분사기를 갖는 연소기 헤드로 구성된다. 연소시험은 막 냉각 유량변화에 따라 설계점에서 수행되었고 시험결과 막 냉각 유량의 증가는 연소성능의 감소를 가져오지만 비슷한 막 냉각 유량이 적용된 시험의 경우 막 냉각 유량을 제외한 주 분사기의 혼합비에 따라 연소성능이 결정됨을 알 수 있었다.

Keywords

References

  1. Dieter K. Huzel and David H. Huang, "Modern Engineering for Design of Liquid-propellant Rocket Engines," AIAA, Vol. 147 Progress in Astronautics & Aeronautics, 1992
  2. 한영민, 김승한, 서성현, 이광진, 설우석, "외부혼합 와류분사기를 장착한 액체로켓엔진용 축소형 연소기 개발," 한국항공우주학회지, 제32권, 10호, 2004, pp.102-111
  3. 한영민, 김승한, 서성현, 임병직, 송주영, 조원국, 설우석, "내부혼합 와류분사기를 장착한 액체로켓용 축소형 고압연소기 연소시험," 제3회 한국유체공학 학술대회, 2004
  4. Lee, K., Seo, S., Song, J., Han, Y. and Seol, W., "Combustion Stability Assessment of Double Swirl Coaxial Injectors Using Simulant Propellants," AIAA-2005-4443, 41st AIAA/ASEM/SAE/ASEE Joint Prop. Conf. & Exhibit, Tucson, AZ, Jul. 10-13, 2005
  5. 한영민, 김종규, 문일윤, 서성현, 최환석, 이수용, "실물형 액체로켓엔진 연소기 케로신냉각 연소시험 성능결과," 한국추진공학회 추계학술대회, 2006, pp.163-168
  6. 서성현, 한영민, 문일윤, 이광진, 김종규, 임병직, 안규복, 최환석 "액체로켓 엔진용 고압 연소기의 연소시험," 한국추진공학회지, 제10권, 제4호, 2006, pp.40-46
  7. 이광진, 서성현, 한영민, 문일윤, 김종규, 임병직, 최환석, "실물형 액체로켓 연소기의 연소안정성 평가시험," 항공우주기술, 제5권, 제1호, 2006, pp.122-131
  8. 이광진, 김홍집, 류철성, 한영민, 최환석 "고압 축소형 연소기의 설계 및 연소효율 평가," 한국추진공학회 추계학술대회, 2006, pp.169-174
  9. Liquid rocket engine fluid-cooled combustion chamber, NASA SP-8087, 1972
  10. 김병훈, 박희호, 황수권, 김유, "액체로켓 추력실에서 heat flux 측정을 위한 calorimetric chamber의 연구," 한국항공우주학회지, 제31권, 제4호, 2003, pp.76-81
  11. Klem, M. D. and Fry, R. S., "Guidelines for Combustion Stability Specifications and Verification Procedures for Liquid Propellant Rocket Engines," CPIA Publication 655, January, 1997