터보펌프 구동에 사용된 가스발생기 생성가스를 연소기로 공급하여 주추력 발생에 사용하는 다단연소 사이클 로켓엔진은 고추력을 요하는 우주 발사체에 널리 사용되고 있다. 다단연소 사이클 로켓엔진에 사용되는 가스발생기를 예연소기라 부르며 케로신과 액체산소를 추진제로 하는 다단연소 사이클 로켓엔진에는 산화제 과잉 예연소기가 사용된다. 예연소기는 터보펌프 구동을 목적으로 하기 때문에 예연소기 생성가스의 횡단면 온도분포는 터빈에 의해 제한되는 온도범위 내에서 균일하여야 하며 넓은 운전영역에서 안정적인 연소가 이루어져야 한다. 산화제 과잉 예연소기는 모든 추진제가 혼합헤드를 통해 분사되는 방식과 추진제를 혼합헤드와 연소실로 나누어 공급하는 방식이 있다. 기술검증을 위해 산화제 일부와 연료를 혼합헤드를 통해 연소실에 공급하여 1차 연소시키고 나머지 산화제를 연소실 냉각채널을 거쳐 연소실 중앙의 분사공을 통해 연소실로 주입하여 기화시키는 형태로 최종적으로 연소압 20MPa, 혼합비 60에서 작동하는 산화제 과잉 예연소기를 설계하여 연소시험을 수행하였다. 혼합헤드에는 별도의 점화용 분사기 없이 전체 연료 분사기를 통해 점화용 연료인 TEA/TEB 혼합물을 분사하여 점화하였다. 추진제를 2단으로 공급할 수 있도록 고안된 가압식 연소시험 설비에서 10회, 누적 60초 이상의 연소시험이 성공적으로 수행되었다. 연소시험결과 넓은 작동영역에서 안정적 연소특성과 생성가스 온도 분포의 균일성을 확인할 수 있었다. 고온 고압의 산화제 과잉 예연소기 기술 확보를 통해 케로신/액체산소 다단연소 사이클 로켓엔진 개발을 위한 기술적 기반을 마련하였다.
Ha, Seong-Up;Lee, Seon-Mi;Moon, In-Sang;Lee, Soo-Yong
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.10
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pp.862-871
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2012
The numerical simulations on 500-N class rocket engine using 96% hydrogen peroxide and kerosene have been conducted, considering atomization, evaporation, mixing and combustion of its propellants. The grid containing 1/6 part of combustion chamber has been generated and it is assumed that 3 kinds of liquid-phase propellants (kerosene, hydrogen peroxide and water) were injected as hollow cone spray pattern, using Rosin-Rammler function for distribution of droplet diameter. For the calculation of combustion the eddy-dissipation model was applied. Owing to small size of combustion chamber and large specific heat / latent heat of hydrogen peroxide and water the propulsion characteristics were highly influenced by the size of droplet particles, and in this analysis the engine with droplet particles of 30 micron in average has shown the best propulsion performance.
Kim, Ki-Woo;Kim, Tae-Wan;Lee, Yang-Suk;Kim, Yoo;Ko, Young-Sung;Kim, Sun-Jin
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.05a
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pp.57-60
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2009
Exothermic and ignition characteristic of igniter is very important factor in engine performance. Since the igniter performance is effected by Hydrogen Peroxide decomposition rate, we have to test the preliminary catalyst performance test. In this report, after making igniter using hydrogen peroxide/kerosene, a thermal characteristic were examined by comparing hydrogen peroxide mass and catalyst mass. And then we study ignition characteristic of the affects of O/F ratio using the previous data.
Kim, Young-Mun;Jeon, Jun-Su;Choi, Yu-Ri;Ko, Young-Sung;Kim, Yoo;Kim, Sun-Jin
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.11a
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pp.130-133
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2009
The sequence of the propellant supply is very important for the reliable and safe operation of a LRE combustion test. So combustion performance tests were performed to find an optimum test sequence by changing supply time of propellants and purge gas in the moment of ignition and extinction. The liquid rocket engine consisted of a catalytic ignitor and six swirl-coaxial injectors which used hydrogen peroxide and kerosene. Conclusively, an optimum sequence was found for stable combustion in the moment of ignition and extinction.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.6
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pp.72-86
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2019
SpaceX is currently leading the global launch market with the successful launch and recovery of Falcon 9 v1.2 Block 5. SpaceX developed Merlin engine, a kerosene gas generator engine, and continuously upgraded the engine from Falcon 1 to Falcon Heavy to increase payload weight. SpaceX suffered a lot of failures early on, but with the help of NASA, it was possible to overcome many crises and develop vehicles. In addition, it successfully developed reusable vehicles, which drastically reduced operating costs. Subsequent launch vehicles in Korea also need to be developed with reference to SpaceX's development strategy.
The analysis of specific impulse of the liquid rocket engine employing gas generator cycle with LOx/kerosene as propellant has been performed. The relative error of performance of 300 ton level engine is 0.1%s for specific impulse and 12% for optimal combustion pressure comparing with the published data. The difference of the performance model and the material property models of gas generator product gas are the presumed major reason of discrepancy. The optimal condition of 30 ton level engine is combustion pressure of 68 bar and mixture ratio of 2.2 for maximum specific impulse. This optimal condition can be changed by performance models.
Seo, Kyoun-Su;Park, Soon-Young;Nam, Chang-Ho;Moon, Yoonwan
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.26
no.1
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pp.68-76
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2022
Upper stage of the Korea Space Launch Vehicle-II(KSLV-II) uses a 7-tons class liquid rocket engine and is an open gas generator cycle with a turbopump supply method that uses kerosene/liquid oxygen as the propellant combination. This study first provided a brief overview of the design and development process of the upper stage engine. In addition, it introduced the solutions and results applied to some of the problems that occurred during the development process of the upper stage engine.
The technical requirements to the propellant of rocket engine using chemical energy are developed from the point of its performance, design and the exploration. The propellant, i.e. to get higher energy, to increase the cooling effect, and to be used in safety and comfort should be made. So from these aspect the technical requirements were written by the factors of physical chemistry. And the propellant combination used recently in Launch vehicles is liquid Oxygen and Kerosene, the main characteristics of this Kerosene as a fuel were reviewed. The toxicity and the safety of Kerosene, in specially, require the attention of the users. Also, it would be used in the development of Korean Kerosene by the comparative review of the several Kerosenes in Abroad.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.16
no.1
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pp.36-44
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2012
Multi-injector rocket engine using high-concentrated hydrogen peroxide and kerosene was designed and manufactured. Design requirements of a rocket engine were determined and main geometrical parameters of rocket engine were determined on the basis of fundament. Six coaxial swirl injectors were mounted on the multi-injector engine. Flow analysis in the hydrogen peroxide manifold was performed to minimize stagnation and recirculation zones. Finally, the optimized hydrogen peroxide manifold was manufactured and cold flow test was carried out to confirm mass flow rate per uni-element, spray pattern and atomization characteristics. The results of cold flow test showed that the mixing head design process was successful and enough to use as a essential database for the development of a full-scale engine.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.19
no.2
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pp.29-37
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2015
This paper presents a numerical investigation on detonation of a kerosene-air mixture in the copper tube and the structural response associated with combustion instability in liquid rocket engine. A single step Arrehnius rate law and Johnson-Cook strength model are used to describe the chemical reaction of kerosene-air mixture detonation and the plastic deformation of the copper tube. The changes of flow field and tube stress which are induced by plastic deformation, are investigated on the different tube thicknesses and nozzle configurations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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