• 한국항공우주학회지
• /
• 제30권1호
• /
• pp.88-94
• /
• 2002

고압의 불활성 기체를 이용하여 엔진에 추진제를 공급하는 액체로켓의 경우, 추진제 탱크의 압력은 정상연소상태의 연소압을 기준으로 하여 설계한다. 그러나 연소초기의 연소실 압력은 대기압 상태이므로 과도한 유량이 공급되어 이로 인해 hard-start가 발생하며, 최악의 경우 엔진의 파손을 가져온다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하고 안정된 연소를 위하여 개선된 추진제 공급시스템을 제안하며, 이는 실제 연소실험을 통해 그 성능을 규명 하였다. 이 공습시스템은 연소 초기 및 연소 중의 일정한 유량공급을 위해 Cavitating Venturi를 사용하는 시스템이다. Cavitating Venturi는 오직 공급압력에 의해서만 유량이 결정되며, 출구압력에 영향을 받지 않으므로 연소 초기는 물론이고, 연소 중 이상 연소에 의해 연소압이 떨어져도 설계치 이상의 유량이 공급되지 않는다. 본 실험을 통해서 Cavitating Venturi의 설계 영역에서의 유량에 대한 안정성이 입증되었기 때문에, Cavitating Venturi는 액체로켓 이외의 압력강하량 변화가 큰 시스템에서 매우 효과적일 것이다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제25권6호
• /
• pp.12-19
• /
• 2021

액체 추진제 공급 시, 하류의 압력변동과 무관하게 일정한 유량을 공급하기 위한 캐비테이션 벤츄리의 실험적 연구가 수행되었다. 캐비테이션 벤츄리의 성능을 파악하기 위해 벤츄리를 설계, 제작하여 후단의 형상, 전단압, 그리고 배압에 따른 유량과 벤츄리 전·후단 압력비를 관찰하였다. 일반적으로 캐비테이션 벤츄리의 구조적인 형상에만 종속하는 벤츄리 임계압력비는 실험결과, 후단의 형상 및 벤츄리 전단압과 관계없이 0.74로 일정함을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제26권6호
• /
• pp.788-794
• /
• 2002

In liquid rocket engine, propellant feed rate is proportional to approximately square root of the pressure difference between injector head and combustion chamber. This ΔP depends on the engine design, but in general on the order of 50psi. However, during ignition period, especially for the pressurized feed system, combustion chamber pressure is almost atmospheric and large ΔP causes over flow of propellants which may lead to catastrophic accident due to hard start. Hard start may be prevented by applying cavitating venturi or/and two step ignition. In cavitating venturi, evaporated propellants near the venturi throat become chocked and flow rate depends on only upstream condition. In two step ignition propellants are supplied to the liquid engine in two different flow rate. First step, to avoid hard start, small amount of propellants are supplied to build up chamber pressure in safe zone, then full propellants to ensure design pressure. In this study, both cavitating venturi and two step ignition method were used for the hot test and hard start problem was completely solved.

• 한국추진공학회지
• /
• 제18권3호
• /
• pp.84-91
• /
• 2014

본 연구에서는 하류의 압력 변동이 있을 때 캐비테이션 벤튜리에 의한 유량 제어 성능을 평가하였다. 이를 위해 액체로켓엔진 연소시험설비에 적용할 캐비테이션 벤튜리를 설계, 제작하였다. 캐비테이션 벤튜리에 대한 실험과 수치해석을 수행하여 유량 특성을 분석한 결과 캐비테이션 벤튜리는 캐비테이션이 발생하는 영역에서 일정한 유량을 공급하는 것이 입증되었다. 그러나 실제공급압력이 설계압력보다 작을 경우 캐비테이션 벤튜리의 기능을 하지 못해 유량을 일정하게 공급할 수 없는 구간을 알 수 있었다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산유체공학회 2002년도 춘계 학술대회논문집
• /
• pp.146-151
• /
• 2002

Characteristics of flow rate control has been studied for a cavitating venturi adopted in a liquid rocket propellant feed system. Numerical simulation has been peformed to give about $10\%$ discrepancy of mass flow rate to the experimental data for cavitating flow regime. Mass flow rate is confirmed to be saturated for pressure difference higher than $3\times10^5$pa when the upstream pressure is fixed to $22.8\times10^5$pa and the downstream pressure is varied. The evaporation amount depends substantially to non-condensable gas concentration. However the mass flow rate characteristic is relatively insensitive to the mass fraction of non-condensable gas. So it is reduced by only $2\%$ when the non- condensable gas concentration is increased from 1.5PPM to 150PPM. From the previous comparison the expansions of the non-condensable gas and the evaporation of liquid are verified to have same effect to pressure recovery.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제30권6호
• /
• pp.46-52
• /
• 2002

액체로켓 추진제 공급장치에 정착된 캐비테이션 벤튜리의 유량 제어 특성을 해석하였다. 해석에는 실험과 수치해석이 병행되었으며 캐비테이션이 존재하는 유동에서 두 결과의 유량 차이는 약 10%로 나타났다. 벤튜리 상류의 압력을 $22.8{\times}10^5$pa로 일정하게 유지하고 하류의 압력을 변동시켰을 때 $3{\times}10^5$pa 이상의 압력 차이에 대하여 유량이 증가하지 않음을 확인하였다. 비응축 기체의 농도 변화에 의하여 벤튜리 내부에 발생하는 증기의 분포는 크게 달라지지만 유량은 같은 수준이 유지되어 비응축 기체의 농도가 1.5PPM에서 150PPM로 커질 경우, 유량이 약 2% 감소하였다. 이는 작동유체가 포함하고 있는 비응축 기체의 팽창과 생성된 증기가 압력 회복을 저해하는 영향이 유사하기 때문으로 풀이된다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산유체공학회 2007년도 춘계 학술대회논문집
• /
• pp.130-133
• /
• 2007

A two-phase method in CFD has been developed and is applied to model the cavitation flow. The governing equation system is two-phase Navier-Stokes equation, comprised of the mixture mass, momentum and liquid-phase mass equation. It employs an implicite, dual time, preconditioned algorithm using finite difference scheme in curvilineal coordinates and Chien ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence equation. The experimental cavitating flows around ogive-cylinder and venturi type objects are employed to test the solver. To prove the capabilities of the solver, several three-dimentional examples are presented.

• 한국추진공학회지
• /
• 제4권2호
• /
• pp.6-11
• /
• 2000

고압의 불활성 기체를 이용하여 엔진에 추진제를 공급하는 액체로켓의 경우, 추진제 탱크의 압력은 정상연소상태의 연소압을 기준으로 하여 설계한다. 그러나 연소초기의 연소실 압력은 대기압 상태이므로 과도한 유량이 공급되어 이로 인해 hard-start가 발생하며, 최악의 경우 엔진의 파손을 가져온다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하고 안정된 연소를 위하여 개선된 추진제 공급시스템을 제안하며, 이는 실제 연소실험을 통해 그 성능을 규명하였다. 이 공급시스템은 연소초기의 급격한 연소실압의 상승을 막기 위하여 추진제를 예연소단계와 주연소단계의 2단계로 공급하며, 연소초기 및 연소 중의 일정한 유량공급을 위해 Cavitating Venturi를 사용하는 시스템이다. 설계 유량보다 적은 양의 추진제를 먼저 공급하여 연소압이 일정수준에 달하도록 예연소압을 형성하게 하는 방법이다. 또한, Cavitating Venturi는 오직 공급압에 의해서만 유량이 결정되며, 출구 압에 영향을 받지 않으므로 연소초기는 물론이고, 연소 중 이상연소에 의해 연소압이 떨어져도 설계치 이상의 유량이 공급되지 않는다.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
• /
• 유체기계공업학회 2000년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
• /
• pp.318-324
• /
• 2000

액체로켓인 KSR-III는 점화시 및 연소실 압력의 이상 저하시 추진제가 지나치게 많이 공급되는 것을 막기 위하여 케비테이션 벤튜리를 사용한다. 본 연구에서는 Fluent가 제공하는 케비테이션 모형을 사용하여 케비테이션 벤튜리 내부의 공동 발생과 이에 따른 유량제어 현상을 해석하였다. 케비테이션 모형은 공동의 붕괴를 효과적으로 예측하지 못하는 단점이 있지만 벤튜리를 통과하는 유량은 공동이 발생하는 위치에서 유효 유로 감소에 의하여 제한되므로 유량제어 현상을 성공적으로 관찰할 수 있었다. 결과로서 벤튜리 상류의 압력이 일정하게 유지될 때 하류의 압력 변동에 대하여 유량이 변화하지 않음을 확인하였다. 상류의 압력이 24.1bar로 일정하게 유지되고 벤튜리에서 압력차이가 3bar 이하일 때 공동은 발생하지 않았다. 압력차가 6bar 이상일 때 공동이 발생하며 (압력차 6bar인 경우와 비교하여) 9bar, 12bar의 압력차에 대한 유량 증가는 각각 $5\%,\;7\%$에 그쳐 주어진 작동조건에서 벤튜리로 유량제어가 가능하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
• /
• pp.181-182
• /
• 2003

A preconditioned numerical method for gas-liquid to-phase flow is applied to solve cavitating flow. The present method employs a density based finite-difference method of dual time-stepping integration procedure and Roe's flux difference splitting approximation with MUSCL-TVD scheme. A homogeneous equilibrium cavitation model is used. The method permits simple treatment of the whole gas-liquid two-phase flow field including wave propagation, large density changes and incompressible flow characteristics at low Mach number. By this method, two-dimensional internal flows through a venturi tuve and decelerating cascades are computed and discussed.