Abstract

The present paper describes transient thermal and mechanical analyses of a lox/kerosene type turbopump in a LRE(Liquid Rocket Engine). Turbopumps are used to pressurize propellants to achieve higher specific impulse of LRE. The turbopump under development has been designed and verified by structural analyses using finite element methods. Some parts of the turbopump operate under cryogenic environments, while the others work under ambient and high temperature environments. Therefore, numerical analysis at a turbopump system level is essential. In this study, casing assemblies of lox pump and fuel pump were analyzed to determine strength test and air-tightness test conditions. Also, some operational stress and strains of fuel pump casings were measured and analyzed. Based on these results, stress concentration of fuel pump casings during the operation could be successfully predicted.

액체로켓엔진에서 연료와 산화제를 가압하는 역할을 하는 핵심부품인 터보펌프는 극저온 산화제와 구동 터빈의 고온 환경이 동일 축에 분포하고 있으며 내부 회전부 간극이 매우 작고 회전속도가 높아 기계적으로 대단히 열악한 환경에서 동작한다. 따라서 사고 위험도를 낮추기 위한 구조 해석 및 시험이 필수적인데, 본 연구에서는 특히 터보펌프 케이징의 구조해석 및 응력 측정이 이루어졌다. 기존의 단품 레벨에서의 해석에서 벗어나 연료펌프와 산화제펌프의 케이징 조립체 레벨에서 내압기밀시험 조건에 대한 구조해석이 이루어졌으며 이를 통하여 케이징 간 체결효과 및 실 부분의 접촉 압력을 성공적으로 고려할 수 있었다. 또한, 연료펌프 케이징에 나타나는 높은 수준의 응력 집중 현상을 해석과 측정을 병행함으로써 성공적으로 예측하였다.

Keywords

• turbopump;
• structural analysis

• 터보펌프;
• 구조해석;