액체로켓의 농후 가스발생기 최적설계

Abstract

액체로켓 엔진에 사용되는 가스발생기를 최적설계 하였다. 추진제는 RP-1/LOx 이고, open cycle터보펌프 시스템을 사용하였으며, 가스발생기는 농후 (fuel-rich) 연소를 적용하였다. 최적설계의 목적함수는 주연소설의 비추력의 최대화이고 설계 제한조건은 가스발생기 연소 실온도와 터빈-펌프의 출력일치이다. 가스 발생기의 설계에 사용된 설계변수는 가스발생기 유량, O/F비, 터빈 노즐 입구 각, 부분분사비, 그리고 터빈 원주속도이며 이들을 이용하여 가스발생기의 열역학적 성능을 계산하였다. 그리고 설계 제한조건을 만족하면서 목적함수를 최대화 할 수 있는 가스발생기의 크기와 성능조건을 확인하였다. 설계된 가스발생기 기본형상은 연소시험에 적용된 후 최종적으로 결정된다. An optimal design of the gas generator for Liquid Rocket Engine (LRE) was conducted. A fuel-rich gas generator in open cycle turbopump system was designed for 10ton in thrust with RP-1/LOx propellant. The optimal design was done for maximizing specific impulse of thrust chamber with constraints of combustion temperature and for matching the power requirement of turbopump system. Design variables are total mass flow rate to gas generator, O/F ratio in gas generator, turbine injection angle, partial admission ratio, and turbine rotational speed. Results of optimal design provide length, diameter, and contraction ratio of gas generator. And the operational condition predicted by design code with resulting configuration was found to maximize the objective function and to meet the design constraints. The results of optimal design will be tested and verified with combustion experiments.