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Development of 30-Tonf LOx/Kerosene Rocket Engine Combustion Devices(I) - Combustion Chamber

추력 30톤급 액체산소/케로신 로켓엔진 연소장치 개발(I)-연소기

  • 최환석 (한국항공우주연구원 발사체추진기관개발실) ;
  • 한영민 (한국항공우주연구원 발사체추진기관개발실) ;
  • 김영목 (한국항공우주연구원 발사체추진기관개발실) ;
  • 조광래 (한국항공우주연구원 발사체연구본부)
  • Published : 2009.10.01

Abstract

The development of a combustion chamber for a 30-$ton_f$ regeneratively-cooled space liquid rocket engine is described. Starting from the development of bi-propellant swirl coaxial injectors, essential technologies were verified through subscale combustion chambers and afterwards applied to the full-scale combustion chambers. A total of 5 full-scale combustion chambers have been utilized to verify ignition, combustion efficiency and stability, cooling, and duration requirements. A total of 46 combustion tests were performed among which 23 tests were parallely performed with stability rating tests using a pulse gun device. The test results have revealed that the 30-$ton_f$ regeneratively-cooled combustion chamber fully complies to the performance and combustion stability requirements and thus concluded that the development is successfully completed.

우주발사체용 30톤급 액체로켓엔진 재생냉각 연소기 개발과정에 관하여 기술하였다. 이중추진제 동축 와류형 분사기 개발에서부터 시작하여 축소형 연소기를 통해 요소기술을 검증하고 개발된 기술을 실물형 연소기에 적용하였다. 총 5기의 실물형 연소기 개발시제를 사용하여 점화성능, 연소안정성, 연소성능, 냉각성능, 내구성 등의 검증을 수행하였다. 이 과정에서 총 46회의 실물형 연소기 연소시험을 실시하였고 이 중 23회는 기폭장치를 이용한 연소안정성 평가시험을 병행하였다. 시험 결과 30톤급 재생냉각 연소기는 연소 성능 및 연소안정성 요구사항을 모두 만족시켜 단품 개발이 성공적으로 완료된 것으로 평가하였다.

Keywords

References

  1. 최환석, 설우석, 이수용, “KSR-III 액체추진제 로켓 엔진 개발”, 한국추진공학회지, 제8권 제3호, 2004, pp. 75-86.
  2. 최환석, 한영민, 유철성, 김성구, 조광래, “추력 30톤 $LO_x/Kerosene$ 재생냉각 연소기 개발 현황”, 한국항공우주학회 추계학술대회 논문집, 2007.
  3. Huzel, D. K. and Huang, D. H., Modern Engineering for Design of Liquid - Propellant Rocket Engines, Vol. 174, AIAA, 1992.
  4. 김종규, 김인태, 임병직, 김승한, 문일윤, 한영민, 설우석, “액체로켓엔진 연소기용 분사기의 분무특성 및 혼합특성에 관한 연구”, 제3회 한국 유체공학 학술대회 논문집, 2004.
  5. 임병직, 김종규, 문일윤, 김승한, 한영민, 설우석, “고압환경에서 동축 와류형 분사기의 분무 특성”, 한국추진공학회 추계학술대회 논문집, 2004, pp. 288-291.
  6. 서성현, 이광진, 한영민, 김승한, 문일윤, 설우석, “다종의 동축 스월형 단일 분사기 연소 특성에 관한 실험적 연구”, 한국추진공학회지, 제8권 제2호, 2004.6., pp. 85-94.
  7. Seo, S., Han, Y. M., Kim, S. H., Seol, W. S., Lee, S. Y., "Combustion Dynamic Behavior of Bi-liquid Double Swirl Coaxial Injectors”, AJCPP, Japan, AJCPP2005-22052, 2005.
  8. 한영민, 김승한, 서성현, 이광진, 김종규, 설우석, “외부혼합 와류분사기를 장착한 액체로켓 엔진용 축소형 연소기 개발”, 한국항공우주학회지, 제32호 제10호, 2004.12., pp. 103-111.
  9. 한영민, 김승한, 서성현, 문일윤, 설우석, 조광래, “다종의 축소형 고압연소기 연소성능시험”, 한국추진공학회 추계학술대회 논문집, 2004, pp. 259-264.
  10. 이광진, 한영민, 김승한, 김종규, 김인태, 최환석, 설우석, “막냉각 링을 사용한 축소형 연소기의 연소성능시험”, 제6회 우주발사체 심포지움, 2005.4.
  11. 김승한, 한영민, 서성현, 문일윤, 이광진, 임병직, 설우석, "액체로켓엔진용 단위 분사기 연소기와 축소형 연소기 연소특성 비교", 한국항공우주학회 추계학술발표회 논문집, 2004.
  12. 김종규, 임병직, 서성현, 한영민, 김홍집, 최환석, “막냉각량에 따른 축소형 칼로리미터의 열유속 특성에 관한 연구”, 한국추진공학회지, 제10권 제4호, 2006.12., pp. 93-99.
  13. 김종규, 이광진, 서성현, 한영민, 최환석, “고압 축소형 연소기의 연소 성능 특성에 관한 연구”, 한국추진공학회지, 제11권 제5호, 2007.10., pp. 31-36.
  14. 이광진, 김종규, 임병직, 안규복, 서성현, 한영민, 최환석, “물냉각 고압 축소형 연소기의 설계 및 연소시험”, 한국추진공학회지, 제11권 제3호, 2007.6., pp. 1-6.
  15. 김승한, 문윤완, 문일윤, 임병직, 한영민, 설우석, “배플 분사기를 적용한 축소형 연소기의 연소성능시험”, 제6회 우주발사체 심포지움, 2005.4.
  16. 한영민, 김승한, 서성현, 조원국, 최환석, 설우석, 이수용, “지상연소시험용 실물형 고압 연소기의 설계”, 한국추진공학회 춘계학술대회논문집, 2005.
  17. Roback, Szetela E. J., and Spadaccini L. J., “Deposition Formation in Hydrocarbon Rocket Fuels”, NASA-CR 165405, August, 1981.
  18. Klem, M. D. and Fry, R. S., "Guidelines for Combustion Stability Specifications and Verification Procedures for Liquid Propellant Rocket Engines”, CPIA publication 655, 1997
  19. 임병직, 이광진, 김성구, 김홍집, 한영민, “분사기형 배플을 장착한 액체로켓엔진 연소기의 연소안정성 평가시험”, 한국항공우주학회 추계학술대회 논문집, 2006, pp. 1003-1006.
  20. 한영민, 김종규, 문일윤, 서성현, 최환석, 이수용, “실물형 액체로켓엔진 연소기 케로신냉각 연소시험 성능결과”, 한국추진공학회 추계학술대회 논문집, 2006.11.
  21. 한영민, 김종규, 이광진, 서성현, 임병직, 안규복, 최환석, “30톤급 액체로켓엔진 연소기 연소시험 성능결과”, 한국추진공학회 추계학술대회 논문집, 2007.11.
  22. 한영민, 김종규, 이광진, 임병직, 서성현, 최환석, “실물형 재생냉각 액체로켓엔진 연소기 연소시험”, 한국항공우주학회 추계학술대회 논문집, 2007.11.
  23. 임병직, 이광진, 김종규, 안규복, 김홍집, 서성현, 최환석, “30톤급 재생냉각 연소기의 연소 안정성 평가시험”, 한국항공우주학회 춘계학술대회 논문집, 2008, pp. 826-829.
  24. 한영민, 김종규, 이광진, 임병직, 안규복, 김문기, 서성현, 최환석, “30톤급 액체로켓엔진 연소기 재생냉각 연소시험 결과”, 한국추진공학회 춘계학술대회 논문집, 2008.4.

Cited by

  1. Effect of Thermal Barrier Coating and Film Cooling Condition on the Cooling Performance of Liquid-propellant Rocket Engine Combustor vol.18, pp.2, 2014, https://doi.org/10.6108/KSPE.2014.18.2.052
  2. Fuel-Side Cold-Flow Test and Pressure Drop Analysis on Technology Demonstration Model of 75 ton-class Regeneratively-Cooled Combustion Chamber vol.16, pp.6, 2012, https://doi.org/10.6108/KSPE.2012.16.6.056
  3. Estimation of Thermodynamic/Transport Properties of Kerosene using a 3-Species Surrogate Mixture vol.41, pp.11, 2013, https://doi.org/10.5139/JKSAS.2013.41.11.874
  4. Effective Modeling of Conjugate Heat Transfer and Hydraulics for the Regenerative Cooling Design of Kerosene Rocket Engines vol.66, pp.8, 2014, https://doi.org/10.1080/10407782.2014.892396
  5. Reliability Prediction of Liquid Rocket Engines for Different Propellant and Engine Cycles vol.44, pp.2, 2016, https://doi.org/10.5139/JKSAS.2016.44.2.181