• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제30회 춘계학술대회논문집
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• pp.103-106
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• 2008

본 연구에서는 발사체 비행 중 가속도의 변화로 발생하는 엔진 입구압력의 변화를 고려하여 엔진의 구성품에 미치는 영향을 고찰하였고 그에 따른 엔진 성능 변화를 예측하였다. 엔진의 입구압은 탱크 내의 추진제 수두와 가압 압력 및 압력 손실 등으로 정의되며 이에 따라 발사체가 비행하면서 추진제 소모와 가속도 변화에 의해 입구압력이 변하게 된다. 입구압이 변할 때 펌프 토출압이 변하고 그에 따른 유량 변화로 가스발생기의 압렵변화가 발생하며, 이는 터빈의 출력변화로 이어져 다시 펌프의 토출압 변화로 나타남을 알 수 있었고, 이는 궁극적으로 주연소실의 연소압 변화를 이끌면서 엔진의 성능이 변화함을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제24회 춘계학술대회논문집
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• pp.128-133
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• 2005

본 연구에서는 질유량 최소화 및 고압력비를 요구하는 가스발생기 방식의 개방형 액체로켓엔진(LRE)용 터보펌프유닛(TPU) 성능 설계를 위해 구성품인 비극저온 원심펌프 및 부분분사노즐을 사용하는 1단 충동형 터빈에 대한 성능설계 프로그램을 작성였다. 펌프출구압력, 가스발생기에서의 혼합비 등을 입력값으로 하고 펌프-터빈간의 출력 매칭을 위한 유량밸런싱을 통해 프로그램을 통합하여 기존에 작성한 액체로켓엔진시스템 개념설계 프로그램에 TPU 모듈로 삽입하였으며, 이를 통해 엔진시스템 요구조건 및 가스발생기 질유량 최소화 조건을 만족하는 터보펌프시스템의 기본 설계 조건을 구하여 러시아 엔진 데이터와 비교$\cdot$검토하였다.

• 항공우주기술
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• 제1권1호
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• pp.163-172
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• 2002

액체로켓용 터보펌프시스템의 주요한 구성품의 하나로서 고압 터보펌프의 구동에 사용되는 터빈시스템 설계에 대한 연구가 수행되었다. 터빈시스템은 가스발생기에서 발생된 고온/ 고압의 연소가스의 운동에너지를 펌프를 구동시킬 수 있는 기계적 에너지로 전환하는데, 노즐을 통해 연소가스의 운동 에너지를 증가시켜 펌프와 동일 축으로 연결된 동익을 회전시킨다. 액체로켓엔진의 시스템설계의 결과로 주어지는 압력비, 일량, 입구온도, 입구압력 등의 요구조건하에, 이를 만족시키는 터빈 시스템(노즐 및 동익)의 설계연구가 수행되었다. 터빈시스템은 입/ 출구 압력비에 따라서 개방형(Open Type)과 밀폐형(Closed Type)으로 나눌 수 있는데, 개방형의 경우 높은 압력비와 소량의 유량을 필요로 하며 충격형(Impulse Type)의 동익이 사용되며, 낮은 압력비와 다량의 유량을 필요로 하는 밀폐형의 경우 반동형(Reaction Type)의 동익이 사용된다. 시스템의 단순화 및 효율화를 위해서 본 연구에서는 개방형 터빈시스템이 채택되었으며, 특히 개방형 터빈의 특징인 소량의 유량이 터빈을 구동하므로 효율을 증가시키기 위해서 부분분사노즐(Partial Admission Nozzle)이 채택되었으며, 이의 효율에 미치는 영향이 연구되었다. 공기역학적 이론과 실험에 근거한 이론이 사용되었으며, 차후에 항공우주연구원에서 터빈 상사시험을 통하여 본 연구에 적용된 설계를 검증하고자 한다.

• 한국우주과학회:학술대회논문집(한국우주과학회보)
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• 한국우주과학회 2003년도 한국우주과학회보 제12권2호
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• pp.88-88
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• 2003

로켓 엔진 시스템에는 가압가스로 추진제를 엔진으로 공급하는 가압 시스템과 터보펌프를 이용해 엔진으로 고압의 추진제를 공급하는 터보펌프 시스템으로 나눌 수 있으며 터보펌프 시스템은 다시 Gas Generator를 이용하는 개방형 엔진과 Prebumer를 이용한 폐쇄형 엔진인 다단 엔진으로 구분할 수 있다. 로켓의 엔진 시스템은 Turbine, Turbopump, Gas Generator, Thrust Chamber, Tube, Valve, Propellant Tank 등 각 구성품 간에 서로 상호간섭이 매우 심한 공정이다 로켓 엔진 시스템은 이와 같은 상호간섭에 의해 추력 제어 및 혼합비 제어, 추진제 소진 제어 적용 시 정확하고 강인한 제어를 수행하여야 한다. 이를 위해 정확한 동특성 모델을 구축하는 것이 중요하며 모델을 통해 적절한 제어 시스템을 선택하여야 한다. 그러나 현재 국내에는 이에 대한 연구가 미미하며 해외의 경우 로켓은 특수 분야에 속함으로 공개되어 있지 않다. 로켓에 대한 개발 연구에 있어서는 위와 같은 작업이 선행되어야 하며 이에 대한 선행 연구로 한국항공우주연구원에서 Gas Generator를 이용한 개방형 터보펌프 엔진 시스템에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 논문에서는 Gas Generator를 이용한 개방형 터보펌프 엔진시스템에 대한 동특성 모델을 구성하였다. 배관부, 터빈, 펌프, 밸브, Gas Generator, 재생냉각, 추력연소실 등 엔진 시스템을 구성하는 구성품에 대한 동특성 모델을 구성하였으며 이를 matlab의 simulink를 통해 각 구성품을 연결하여 최종 엔진시스템의 동특성 모델을 구성하였다. 구성된 동특성 모델을 통해 각종 변화(추진제 밀도 변화, 추력 변화, 혼합비 변화 등)에 대한 엔진 시스템 변화를 예측하여 정확한 엔진 시스템에 대한 이해를 넓혔으며 추력 제어 및 혼합비, 추진제 소진 제어를 최적으로 할 수 있는 제어 시스템 구축을 위한 기초 자료로 이용할 수 있을 것이다.

• 한국추진공학회지
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• 제13권3호
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• pp.20-26
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• 2009

30톤급 액체로켓엔진용 터보펌프에 대하여 실매질을 사용하여 성능시험이 이루어졌다. 산화제펌프와 연료펌프에는 각각 액체산소, 케로신의 실매질을 사용하고 터빈에는 고압의 상온 수소가스가 사용되었다. 터보펌프는 설계점과 탈설계점의 전 영역에서 안정적으로 작동하였고 요구되는 성능 조건을 만족 시켰으며 이로써 엔진 서브시스템 수준의 터보펌프 개발이 성능 측면에서 검증되었다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 단일 운전으로 세 운용점에서 총 75초간 작동된 경우의 시험결과를 소개하였다. 펌프와 터빈의 성능 특성 관점에서 터보펌프 조립체의 실매질 성능시험 결과와 터보펌프 구성품의 상사 성능시험 결과가 양호하게 일치하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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• pp.359-365
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• 2008

30톤급 액체로켓엔진용 터보펌프에 대하여 실매질을 사용하여 성능시험이 이루어졌다. 산화제펌프와 연료펌프에는 각각 액체산소, 케로신의 실매질을 사용하고 터빈에는 고압의 상온 수소가스가 사용되었다. 터보펌프는 설계점과 탈설계점의 전 영역에서 안정적으로 작동하였고 요구되는 성능 조건을 만족시켰으며 이로써 엔진 서브시스템 수준의 터보펌프 개발이 성능 측면에서 검증되었다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 단일 운전으로 세 운용점에서 총 75초간 작동된 경우의 시험결과를 소개하였다. 펌프와 터빈의 성능 특성 관점에서 터보펌프 조립체의 실매질 성능시험 결과와 터보펌프 구성품의 상사 성능 시험 결과가 양호하게 일치하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.22-29
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• 2011

고추력 액체 로켓 엔진용 터보펌프의 무부하 회전 시험을 통하여 얻어진 임계속도를 회전체동역학 해석으로부터 예측된 임계속도와 상호 비교하여 해석 모델의 타당성을 검토하였다. 질량 불평형 하중만을 고려한 베어링 무부하 하중조건에서 해석으로부터 얻어지는 1차 임계속도의 예측치는 시험에서 얻어진 결과와 잘 일치하였다. 상기 회전체동역학 모델을 이용하여 유동해석 및 성능시험 결과를 바탕으로 얻어진 펌프와 터빈의 반경하중으로부터, 반경하중 상대 각도에 따른 베어링 강성 변화를 고려하여 임계속도 변화를 예측하였다. 수치해석 결과 펌프와 터빈의 반경하중 상대 각도는 임계속도에 지대한 영향을 미치고 있는 것으로 나타났다. 반면 추가로 축하중이 부과되는 경우 반경하중의 상대 각도에 대한 영향은 감소하는 것으로 나타났다.

• 한국추진공학회지
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• 제16권4호
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• pp.42-49
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• 2012

고추력 액체 로켓 엔진용 터보펌프의 무부하 회전 시험을 통하여 얻어진 임계속도를 회전체동역학해석으로부터 예측된 임계속도와 상호 비교하여 해석 모델의 타당성을 검토하였다. 질량 불평형 하중만을 고려한 베어링 무부하 하중조건에서 해석으로부터 얻어지는 1차 임계속도의 예측치는 시험에서 얻어진 결과와 잘 일치하였다. 상기 회전체동역학 모델을 이용하여 유동해석 및 성능시험 결과를 바탕으로 얻어진 펌프와 터빈의 반경하중으로부터, 반경하중 상대 각도에 따른 베어링 강성 변화를 고려하여 임계속도 변화를 예측하였다. 수치해석 결과 펌프와 터빈의 반경하중 상대 각도는 임계속도에 지대한 영향을 미치고 있는 것으로 나타났다. 반면 추가로 축하중이 부과되는 경우 반경하중의 상대 각도에 대한 영향은 감소하는 것으로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권10호
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• pp.966-978
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• 2011

분출냉각은 높은 압력과 온도의 가혹한 환경에서 운용되는 고성능 액체로켓과 공기흡입엔진을 위한 가장 효과적인 냉각방법이다. 분출냉각이 적용되는 경우, 연소기 라이너와 터빈 블레이드/베인은 다공질 벽면을 통과하는 냉각재(공기 또는 연료)뿐만 아니라 차단막으로 작용하는 벽면을 빠져나온 냉각재에 의해 냉각된다. 이러한 냉각기술의 실용화는 가용한 다공질 재료의 부재로 인해 제한을 받아왔다. 그러나 금속결합 기술의 발전으로 확산접합과 식각된 얇은 금속판으로 제작한 Lamilloy$^{(R)}$와 같은 다층 기공 구조물이 개발되었다. 그리고 또한 경량 세라믹 매트릭스 복합재료가 개발됨에 따라 분출냉각은 근래 고성능 엔진 냉각을 위한 유망 기술로 여겨지고 있다. 본 논문에서는 분출냉각의 최근 연구동향 및 가스터빈, 액체로켓 및 극초음속 비행체 엔진에 이의 적용사례를 고찰하였다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 대한연소학회 2003년도 제27회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.125-130
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• 2003

본 논문에서는 액체로켓엔진에서 터보펌프의 160kW급 터빈을 구동하고, 액체산소와 케로신을 추진제로 사용하는 가스발생기의 설계점 연소성능시험 결과에 대해 논의하였다. 충돌형 F-O-F 인젝터, 물냉각 채널을 가진 연소실, torch ignitor, turbulence ring 그리고 측정 링을 갖는 가스발생기에 대해 기술하였고, 점화, 연소, 종료 등의 시험 cyclogram에 대해 언급하였다. 설계점에서의 연소시험 및 turbulence ring 장착여부, 연소실 길이 변화에 따른 연소시험의 결과들에 대해 기술하였다. 연소시험 결과 가스발생기는 설계점에서 안정된 작동성을 보여주었고, 연소압력 및 온도 등의 성능이 예측치에 근접하는 결과를 보여 주었다. Turbulence ring은 출구에서의 가스온도를 균일하게 분포시켜 효과적인 혼합 장치임을 보여 주었고, 4-6msec 정도에서의 잔류시간에서는 연소효율의 차이가 크지 않음을 알 수 있었다. 가스발생기 출구에서의 온도는 공급되는 추진제의 O/F ratio에 따라 매우 민감하게 반응함을 알 수 있었다.