액체로켓 연소기 재생냉각 챔버 구조설계

Abstract

재생냉각형 액체로켓 연소기의 냉각채널 설계에 대한 탄-소성 구조설계를 수행하였다. 구조해석에 필요한 데이터를 얻기 위하여 여러 가지 온도에서 재생냉각 챔버 제작에 사용하는 구리합금의 단축인장시험을 수행하였다. 재료시험 결과 구리합금은 브레이징 공정 후에 연화되어 강도 값이 매우 저하되며 온도가 증가함에 따라 유동 응력 값이 더 작게 나타났다. 재료시험 데이터를 이용하여 냉각채널의 구조해석을 수행한 결과 채널 내부 냉각유체에 의한 내부압력보다 고온의 연소가스에 의한 열 하중에 의하여 채널의 변형이 심하게 발생함을 확인하였다. 따라서 기계적인 하중을 견딜 수 있는 한도 내에서 냉각채널의 두께를 감소시켜 열 하중을 최소화함으로서 연소기의 무게 감소, 냉각성능 향상, 그리고 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. Elastic-plastic structural analysis for regenerative cooling chamber of liquid rocket thrust chamber is performed. Uniaxial tension test is also conducted for the copper alloy in order to get material data necessary for the structure analysis. The results of uniaxial tension test reveal that copper alloy become ductile after brazing process and flow stress becomes lower as temperature becomes higher. As a result of structural analysis using the material data, the deformation of cooling channel is more increased by thermal load than by internal pressure of cooling fluid. Therefore, the results of analysis show that structural stability and cooling performance of combustion thrust chamber which is designed to endure mechanical load and minimized a channel thickness are improved by decreased thermal load as possible.