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大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B v.42 no.8, 2018년, pp.519 - 524   KCI
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75톤급 액체로켓 엔진용 터보펌프 터빈 성능에 대한 실험적 연구
Experimental Investigation of the Turbine in a Turbopump for a Liquid Rocket Engine with a 75-ton Force Thrust

이항기   (한국항공우주연구원 터보펌프팀  ); 신주현   (한국항공우주연구원 터보펌프팀  ); 최창호   (한국항공우주연구원 터보펌프팀  );
  • 초록

    75톤급 액체 로켓 엔진에 탑재되는 초음속 충동형 터빈의 성능에 대해 연구하였다. 한국형 발사체(KSLV-II)에는 75톤의 추력을 내는 엔진이 적용되며, 터보펌프를 이용하여 연소기에 추진제를 공급한다. 터빈은 작은 유량의 터빈 구동 가스로 높은 출력을 내기 위해 초음속 충동형 방식으로 설계되었다. 한국항공우주연구원의 고압 공기 터빈 시험 설비를 활용하여 상사 시험을 통해 터빈 성능을 평가하였다. 시험 영역은 설계점 및 탈설계점을 포함하였다. 시험 결과 터빈은 시험 영역 안에서 속도비가 증가할수록 효율이 증가하며, 효율에 미치는 영향은 압력비의 변화보다 회전수의 변화가 더 크게 작용한다. 설계 압력비 이하에서는 노즐에서 충격파가 생겨 효율이 급격히 감소하는 특성을 보인다.


    This study investigates the performance of a supersonic impulse turbine in a 75-ton thrust liquid rocket engine. The Korea Space Launch Vehicle-II has a liquid rocket engine that generates a 75-ton force thrust. This engine uses a powerful turbopump to introduce the propellants into the combustion chamber. Supersonic impulse turbines are employed in turbopumps to generate a high specific power under conditions of a low flow rate of the turbine driving gas. In this study, performance tests were conducted for the supersonic impulse turbine using high-pressure air at the turbine testing facilities at the Korea Aerospace Research Institute. The tests were performed in ranges including the design point and off-design points. The results indicate that the turbine efficiency increased with increasing velocity ratio and was more strongly affected by the rotational speed than the pressure ratio. A drop in efficiency occurred in the range below the design pressure ratios owing to the occurrence of shock waves in the nozzles.


  • 주제어

    초음속 충동형 터빈 .   터보펌프 .   액체 로켓 엔진.  

  • 참고문헌 (8)

    1. Ko, J., and Cho, S. Y., 2016, "Space Launch Vehicle Development in Korea Aerospace Research Institute," Proc. 14th International Conference on Space Operations, p. 2530. 
    2. Kim, J., Choi, C., Jeong, E., Jeon, S. and Hong, S., 2012, "Development Status of a Turbopump for Korea Space Launch Vehicle (KSLV-II)," Proc. Proceedings of the 2012 KSAS Fall Conference, pp. 254-263. 
    3. Huzel, D. K., Huang, D. H. and Arbit, H., 1992, Modern Engineering for Design of Liquid-propellant Rocket Engines, American Institute of Aeronautics and Astronautics Washington, DC. 
    4. Lee, H., Shin, J., Jeong, E. and Choi, C., 2016, "Turbine Performance Experiments for the Turbopump of a Liquid Rocket Engine," International Journal of Aerospace System Engineering, 3, pp. 25-29. 
    5. Bruce, R. W., 2012, Handbook of Lubrication and Tribology, Volume II: Theory and Design, CRC Press. 
    6. Jeong, E. H., Park, P. G., Lee, H. G., Kim, J. S., Kim, D. J. and Kim, J. H., 2009, "Numerical and Experimental Investigation on the Supersonic Impulse Turbine Design Performance Estimation Methodology," Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, 13(5), pp. 7-14. 
    7. Jeong, E., Lee, H. G., Park, P. G. and Kim, J., 2008, "Tip Clearance Effect on the Performance of a Shrouded Supersonic Impulse Turbine," Journal of Propulsion and Power, 24(6), pp. 1295-1300. 
    8. Sutton, G. P. and Biblarz, O., 1992, Rocket Propulsion Elements, Wiley & Sons, Inc. 

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