우주 발사체 추진제 탱크 공통 격벽 구조의 Boil-Off Mass 및 Boil-Off Rate을 이용한 정량적 단열 성능 비교

Abstract

본 연구에서는 발사체 추진제 탱크의 단열 성능의 정량적인 지표인 Boil-Off Mass (BOM) 및 Boil-Off Rate (BOR)을 이용하여 우주 발사체 추진제 탱크의 공통 격벽 구조에 대한 단열 성능을 확인하였다. 상용 유한 요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 열 전달 해석을 위한 유한 요소 모델링 및 과도 열 전달 해석을 수행하였다. 산화제 탱크 내부의 열 유속을 이용하여 산화제 표면에서 발생하는 BOM 및 BOR을 계산하였다. 단열재로만 이루어진 공통 격벽 구조 및 폼 코어 샌드위치 공통 격벽 구조의 BOM은 각각 0.263 kg 및 0.194 kg으로 얻어졌으므로 폼 코어 샌드위치 공통 격벽 구조가 단열에 보다 효과적인 구조임을 파악하였다. BOR은 각각 0.161%/hour 및 0.119%/hour로 계산되었으며, 이는 Saturn V의 BOR 대비 상당히 낮은 결과를 보이므로 산화제 탱크 내부의 열 대류, 외부 열원 및 공통 격벽의 구조적 문제를 고려한 연구가 향후 필요하다.