액체로켓엔진용 산화제 개폐밸브 성능 특성 연구 :Study on the performance characteristics of a oxidizer shut-off valve for liquid rocket engines

정대성

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자료유형: 학위논문

저자정보: 정대성 (과학기술연합대학원대학교, 과학기술연합대학원)

지도교수: 홍문근

발행연도: 2018

저작권: 과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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액체로켓엔진은 연소실에서 액체 추진제를 반응시켜 형성되는 고온, 고압의 연소가스를 노즐을 통하여 고속으로 방출함으로써 발사체에 필요한 추력을 얻는다. 따라서 연소실로 액체추진제를 안정적으로 이송하기 위한 적절한 추진제 공급 시스템을 필요로 한다. 산화제 개폐밸브는 액체로켓엔진 추진제 공급 시스템의 핵심 구성품으로써 연소기나 가스발생기 혹은 예연소기로 향하는 산화제의 흐름을 제어하며, 액체로켓엔진의 안정적인 운용을 위하여 적절한 유량특성 및 과도응답
특성을 가져야 한다. 특히, 산화제 개폐밸브의 고유유량특성, 개폐 시점, 과도응답특성은 엔진의 시동 및 종료특성에 밀접한 영향을 미치므로 산화제 개폐밸브의 과도응답특성 해석은 액체로켓엔진의 시동 해석에 필수적인 부분이라고 볼 수 있다.
본 연구에서는 한국항공우주연구원에서 제작한 포핏 형의 산화제 개폐밸브에 대하여 극저온 수명시험을 수행하고 밸브 내부 무빙파트의 힘평형 관계를 바탕으로 밸브의 성능 특성을 분석하였다. 또한, 극저온 수명시험의 결과를 바탕으로 산화제 개폐밸브의 반복 작동이 밸브 내부 구성품인 스프링 특성에 미치는 영향을 고찰하였다.
밸브 내부 무빙파트의 운동방정식을 수립하여 산화제 개폐밸브의 과도응답특성 해석을 수행하였고 해석 결과를 극저온 작동 시험 결과와 비교하여 수학적 해석 내용의 타당성을 평가하였다.

1. 서 론·························1
1.1. 액체로켓엔진 사이클················1
1.2. 액체로켓엔진의 추진제 개폐밸브···········7
1.3. 연구의 배경 및 목적···············18
1.4. 논문 구성····················20
2. 액체로켓엔진용 산화제 개폐밸브 성능 특성·······21
2.1. 시험 설비····················21
2.2. 시험 방법····················23
2.2.1. 극저온 수명시험···············23
2.3. 극저온 수명시험 결과···············24
2.3.1. 밸브가 열리는 시점··············24
2.3.2. 밸브가 닫히는 시점··············30
3. 액체로켓엔진용 산화제 개폐밸브 과도응답 해석·····35
3.1. 밸브 열림 해석···················35
3.1.1. 이론적 접근·················35
3.1.2. 밸브 형상 정보 및 상수············41
3.1.3. 해석 결과··················43
4. 결 론·························46
참고문헌························48
부록 A. 시험 장비 및 센서 규격·············51
부록 B. 액체로켓엔진용 산화제 개폐밸브 열림 해석
MATLAB Code·················56

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