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터보펌프 터빈의 성능 및 노즐-로터 간극의 영향에 대한 실험적 고찰
Experimental Investigation of Turbopump Turbine : Turbine Performance and Effect of Nozzle-Rotor Clearance

정은환   (한국항공우주연구원CC0186835  ); 강상훈   (한국항공우주연구원CC0186835  ); 신동윤   (과학기술연합대학원대학교UU0000184  ); 박편구   (한국항공우주연구원CC0186835  ); 김진한   (한국항공우주연구원CC0186835  );
  • 초록

    30톤급 개방형 액체로켓엔진용 터보펌프 터빈에 대한 시험을 수행하였다. 작동유체는 고압공기를 이용하였다. 다양한 압력비 및 회전수에 대하여 터빈 성능을 측정하였으며 아울러 노즐-로터간 간극이 터빈 성능에 미치는 영향에 대하여 실험적으로 관찰하였다. 터빈압력비 13.5, 설계속도비 0.25에서 터빈의 효율은 51.1%로 나타났다. 노즐-로터간 간극은 터빈성능에 큰 영향을 주는 것으로 측정되었는데 상사시험조건에서 설계 간극 기준 약 1mm의 축간극 감소는 약 3.5% 터빈효율증가를 가져오는 것으로 나타났다.


    This paper presents the performance test result of the 30-ton class turbopump turbine. Test has been conducted using high pressure cold air, The turbine overall performance has been measured for various pressure ratio and rotational speed settings. The nozzle-rotor clearance effect on turbine performance also has been tested for the four kinds of the nozzle-rotor clearance values. We found that turbine efficiency rated 51.1% at its design velocity ratio and pressure ratio of 13.5. We also found that turbine efficiency can be increased by 3.5% for approximately 1mm decrement of the nozzle-rotor clearance from its nominal value.


  • 주제어

    터보펌프 터빈 .   초음속 .   충동형 .   로터-노즐 축간극 .   터빈성능.  

  • 참고문헌 (7)

    1. B. V. Ovsyanikov, B. I. Borovsky, "Theory and calculation of power units for liquid rocket engine," Mashinostroyenie. Moscow. 1986 
    2. D. G. Ainley, 1951,"Estimation of the Change in Performance Characteristics of a Turbine resulting from Change in the Gas Thermodynamic Properties," A. R. C. Technical Report R.&M. No, 2973, June, 1951 
    3. O. E. Balje, "Turbomachines: A Guide to Design, Selection, and Theory," John Wiley & Sons, 1981 
    4. Noh, J. G.; Lee, E. S.; Kim, J. H.; Lee, D. S., 2004, CFD Analysis of Partial Admission Turbine Using a Frozen Rotor Method, Asia Joint Conference on Propulsion and Power, AJCPP 2004, Seoul National University 
    5. 노준구, 정은환, 이은석, 김진한, 2004, "프로즌 로터 기법을 이용한 부분흡입형 터빈 수치해석," 유체기계저널 제7권 제6호, pp.15-20 
    6. 정은환, 김진한, 2005, "초음속 충동형 터빈에 대한 시험적 고찰," 유체기계저널 제8권 6호, pp.26-32     
    7. 이은석, 김진한, 조광래, "초음속 충동형 터빈익형의 공력성능 향상을 위한 기하학적 설계변수 수치연구," 한국항공우주학회지 제31권, 제8호, 2003, pp.99-106 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (6)

    1. Jeong, Eun-Hwan ; Park, Pyun-Goo ; Kim, Jin-Han 2007. "Experimental Investigation of the Effect of Partial Admission Ratio on the Performance of Supersonic Impulse Turbine" 한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, 11(4): 59~66     
    2. Jeong, Eun-Hwan ; Park, Pyun-Goo ; Kim, Jin-Han 2008. "Performance Test of the 30-ton Class Liquid Rocket Engine Turbopump Turbine" 한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, 12(1): 1~6     
    3. Hong, Soon-Sam ; Kim, Dae-Jin ; Kim, Jin-Sun ; Kim, Jin-Han 2009. "Hot Test of a Turbopump for a Liquid Rocket Engine" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, 33(12): 933~938     
    4. Jeong, Eun-Hwan ; Park, Pyun-Goo ; Lee, Hang-Gi ; Kim, Jin-Sun ; Kim, Dae-Jin ; Kim, Jin-Han 2009. "Numerical and Experimental Investigation on the Supersonic Impulse Turbine Design Performance Estimation Methodology" 한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, 13(5): 7~14     
    5. Lee, Hang-Gi ; Jung, Eun-Hwan ; Park, Pyun-Gu ; Kim, Jin-Han 2011. "Rotor Leading Edge Thickness Effect on Supersonic Impulse Turbine Performance" 한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, 15(4): 41~47     
    6. Jeong, Sooin ; Choi, Byoung-ik ; Kim, Kuisoon 2015. "A Numerical Study on a Supersonic Turbine Performance Characteristics with Different Nozzle-Rotor Axial Gap Spacings" 한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, 19(3): 29~38     

 저자의 다른 논문

  • 정은환 (28)

    1. 2004 "프로즌 로터 기법을 이용한 부분흡입형 터빈 수치해석" 유체기계저널 = Journal of fluid machinery 7 (6): 15~20    
    2. 2005 "초음속 충동형 터빈에 대한 시험적 고찰" 유체기계저널 = Journal of fluid machinery 8 (6): 26~32    
    3. 2005 "초음속 터번 익렬 앞전 형상 및 노즐-익렬 간격에 따른 유동 특성에 대한 실험적 연구" 한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers 9 (4): 66~72    
    4. 2010 "크리프-피로 영향을 고려한 터보펌프 터빈의 손상해석" 한국항공운항학회지 = Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics 18 (1): 1~10    
    5. 2010 "속도 및 압력 복합형 충동 터빈 설계" 항공우주기술 = Aerospace engineering and technology 9 (2): 185~192    
    6. 2011 "사각 단면 노즐을 장착한 초음속 터빈유동장의 수치해석" 유체기계저널 = Journal of fluid machinery 14 (1): 55~60    
    7. 2011 "75톤급 액체로켓엔진 터보펌프용 속도복식 터빈개발" 한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers 15 (3): 40~46    
    8. 2011 "유성기어를 적용한 터보펌프의 개념설계" 한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers 15 (3): 58~63    
    9. 2012 "터보펌프 터빈 로터의 슈라우드 스플릿이 성능에 미치는 영향" 한국추진공학회 2012년도 제38회 춘계학술대회논문집 2012 (5): 117~122    
    10. 2012 "터보펌프 터빈의 토크 및 시동특성 연구" 한국추진공학회 2012년도 제38회 춘계학술대회논문집 2012 (5): 4~10    
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