주관과제명

한국형발사체(KSLV-Ⅱ) 개발 사업

과제명

케로신/액체산소 로켓 연소기의 초임계 난류연소 해석을 위한 비정렬격자계 기반의 LES 해석코드 개발

연구비

총 연 구 비

1차년도

( 12개월)

2차년도

( 12개월)

3차년도

( 개월)

80,000 천원

40,000천원

40,000 천원

천원

연구기간

총 연 구 기 간

당 해 년 도 연 구 기 간

2013.4.1～2015.3.31(24개월)

2013.4.1 ～ 2014.3.31 (12개월)

관련문의

성 명

김성구

전화(☏)

042-860-2074

소 속

연소기팀

이메일

kimsk@kari.re.kr

연구필요성

▪ 로켓 엔진 연소기의 설계 역량 제고 및 설계 시행착오 최소화를 통한 개발 일정/비용 절감을 위해서는 연소성능, 연소안정성 및 열전달 특성을 지배하는 주요 요소인 분사기의 복잡한 물리현상들에 대한 심도 있는 이해가 요구됨

▪ 초임계 압력에서 작동하는 케로신/액체산소 분사기의 경우 실험적 접근이 극히 제한적이므로, high-fidelity(accuracy, efficiency, robustness)의 상세해석도구를 개발할 필요가 있음

최종목표

▪ 다수의 동축와류형 분사기가 장착된 케로신/액체산소 로켓 연소기의 초임계 난류연소 해석이 가능한 비정렬격자 기반의 LES 병렬해석코드 개발 및 소스코드 제공

연차별목표 및 연구내용

1차년도

▪ 초임계 압력하의 액체 추진제 분사 및 연소과정에 대한 LES 해석 모델 검증

▪ 케로신/액체산소 동축와류형 분사기의 화염구조 해석 및 상세설계형상(리세스, 접선홀)에 따른 연소성능 비교/분석

2차년도

▪ 다수의 동축와류형 분사기가 장착된 축소형 연소기에서 인접한 분사기간의 화염구조 및 연소실 벽면 막냉각과의 상호작용 해석

기대효과

/활용방안

▪ 현재 개발 중인 한국형발사체용 연소기에 적용하여 설계의 신뢰도를 높이는 동시에 실제 시험결과와의 비교분석을 통해 분사기 해석기술을 지속적으로 검증 및 개선

▪ 향후 가스발생기 사이클 엔진의 성능 개량과 단계식 연소 사이클 엔진의 선행 개발 시에도 검증된 분사기 해석기술을 적용하여 개발 비용 및 기간 단축 가능

기타

▪ 케로신/액체산소의 상세화학반응식과 실제유체 상태방정식은 유동 해석코드와 완전 분리되어 전처리화(항우연에서 제공하는 초임계 연소물성치 DB와 연동이 가능해야함)

▪ 항우연의 기존 해석 기반/역량과의 연계/확장성을 고려하여 압력 기반의 알고리듬(pressure-based algorithm) 적용을 선호함

▪ 과제 수행 기간 중에도 항우연에서 연소기 개발에 필요한 해석을 수행할 수 있도록 주요 일정 계획에 따라 소스코드를 제공하고 해석 결과를 공동 분석/검토함으로써 위탁 연구의 효율성 제고

주관과제명

한국형발사체(KSLV-Ⅱ) 개발 사업

과제명

발사체의 구성품 중 액체산소를 헬륨으로 대체하여 누설량 측정 시 상사성에 대한 실험연구

연구비

총 연 구 비

1차년도

( 12개월)

2차년도

( 개월)

3차년도

( 개월)

50,000 천원

50,000천원

천원

천원

연구기간

총 연 구 기 간

당 해 년 도 연 구 기 간

2013.4.1 ～ 2014.3.31 (12개월)

2013.4.1 ～ 2014.3.31 (12개월)

관련문의

성 명

이중엽

전화(☏)

042-860-2185

소 속

미래로켓연구팀

이메일

leejy@kari.re.kr

연구필요성

▪ 동구권의 선진발사체국에 의해 기술협력으로 확보 된 산화제(액체산소)용 초저온 밸브의 내부 누설량 기준이 질량유량으로 선정되어있음.

▪ 개발품인 초저온 밸브의 인증/수락 시험 단계에서 고압의 액체산소를 이용한 누설량 시험 시 질량유량 측정이 까다로움.

▪ 액체산소를 압력별로 가압 후 일정한 직경의 오리피스를 통과 당시 기화 된 기체산소의 질량유량과 동일 오리피스를 통과하여 측정 된 헬륨의 체적 유량과의 상관관계식 확보가 필요함.

최종목표

▪ 액체산소와 헬륨의 누설량에 대한 상사성 실험을 통해 확보 된 실험식을 이용하여 수학적 모델식 정립함.

연차별목표 및 연구내용

1차년도

▪ 배경 이론식을 정리하고, 실험에 대한 예측

▪ 극저온/고압용 열교환 장치 및 실험장치 구성

▪ 압력별 액체산소가 여러 종류의 배관 오리피스를 통과 시 기화 된 산소의 질량유량 측정과 동일 오리피스 통과 시 헬륨의 체적유량의 측정 비교

▪ 산소(질량유량)와 헬륨(체적유량)의 누설량에 대한 실험식 확보

2차년도

▪

기대효과

/활용방안

▪ 발사체 분야 / 엔진공급계 구성품 / 초저온 밸브 개발 시 인증 및 수락 시험 시 활용

▪ 초저온 유체를 사용하는 산업체에 관련 기술 이전

▪ 한국형발사체의 추진기관시스템에 대한 인증 기초자료로 활용

기타

▪ 관련된 기존 연구 결과 조사/분석

▪ 국내외 유공압 개발 관련 산/학/연 접촉