누리호와 액체로켓엔진

이 교재는 대학원생 혹은 관련 분야에 관심이 있는 사람들을 대상으로 작성된 것으로 액체로켓엔진에 대한 전반적인 내용을 다루고 있다. 국내에서 액체로켓엔진은 21세기에 들어와서야 비로소 본격적으로 연구된 분야로서 2차대전 전부터 연구를 시작한 선진국들과는 한참 뒤떨어졌던 분야이다. 액체로켓엔진의 흔한 오해 중 하나가 제트엔진보다 구조가 단순하여 제작이 용이하다는 것이다. 실제로 로켓엔진에는 압축기가 없어서 구조가 단순해 보이기는 하지만 결코 간단히 만들 수 있는 물건은 아니다.

독자들이 액체로켓에 사용되는 각 구성품을 더 쉽게 이해하기 위해 구성품별로 오랜 기간 연구해 온 전문가들이 담당하여 설명하였다는 것이 이 교재의 가장 큰 장점이다. 교재의 수준은 너무 전문적이지 않고 그렇다고 일반 대상으로 작성된 문헌보다는 좀 더 심도 있는 지식을 전달할 수 있도록 노력했다. 바라건대, 우주를 열망하고 로켓의 엔진에 관심 있는 분들이 이 교재를 통해 영감과 관련 지식을 얻었으면 한다.

[목 차]
  

제Ⅰ장 엔진시스템

 

1. 서론 2

 

2. 액체로켓엔진 사이클 분류 및 특성 7

2.1 엔진의 구조와 사이클의 정의 7

2.2 엔진 사이클 10

 

3. 엔진 파워 밸런스 20

3.1 선행 연구 조사 21

3.2 사이클별 비추력 평가 23

3.3 구성품 성능 모델 30

 

4. 엔진 브라켓, 체결류, 풀림 방지 장치 38

4.1 브라켓 38

4.2 체결류 39

4.3 풀림 방지 40

 

5. 엔진 구조해석 48

5.1 개요 48

5.2 유한요소 모델링 50

5.3 해석 결과 53

 

6. 엔진 짐벌 61

6.1 짐벌 신축 연결부 62

 

7. 벨로우즈, 플랜지, 피팅 73

7.1 벨로우즈 73

7.2 용접형 주름관 73

7.3 골형 주름관 74

7.4 금속 호스 76

7.5 배관과 플랜지 82

7.6 피팅 88

 

제Ⅱ장 연소기

 

1. 액체로켓 연소기 92

1.1 액체로켓 연소기 성능 93

1.2 로켓 노즐 95

1.3 분사기 기술 97

1.4 냉각 기술 100

1.5 연소불안정 제어 기술 102

 

2. 액체로켓 연소기 개발 절차 108

3. 연소기 성능 설계 111

4. 연소기 형상 설계 114

5. 연소기 냉각 설계 118

6. 연소기 시험평가 122

 

 

제Ⅲ장 연소안정성

 

1. 서론 128

 

2. 저주파 연소불안정 이론해석 131

2.1 액체로켓 연소기 내 저주파 진동 131

2.2 모델식의 선형 근사 해석방법 134

 

3. 고주파 연소불안정 이론해석 145

3.1 고주파 연소불안정의 진동연소 현상 145

3.2 럼프-요소 분사유동 모델 146

3.3 시간지연을 갖는 연소과정인 모델 147

3.4 연소챔버의 음향모델 149

 

4. 고주파 연소불안정 억제장치 155

4.1 음향공명기 특성 155

4.2 배플 특성 160

 

제Ⅳ장 터보펌프 어셈블리

 

1. 터보펌프 어셈블리 개요 166

2. 터보펌프 구성품 배치 168

3. 회전수 선정 171

 

4. 펌프 설계의 기초 172

4.1 원심펌프 설계의 기초 172

4.2 원심펌프의 특성 곡선과 무차원 변수 173

4.3 유입 덕트 설계 176

4.4 인듀서 설계 176

4.5 임펠러 설계 178

4.6 디퓨져 및 볼류트 설계 178

4.7 이차 유로 설계 179

 

5. 터보펌프 180

5.1 터빈 설계 180

 

6. 터보펌프 트라이볼로지 194

6.1 가스켓 194

6.2 오링 196

6.3 메카니컬 시일 206

제Ⅴ장 액체로켓엔진의 검사, 진단 및 사고방지시스템

 

1. 서론 212

 

2. 고장의 이해 214

2.1 엔진의 고장 214

2.2 주요 용어 216

 

3. 엔진 상태검사 218

3.1 육안검사 218

3.2 공압검사 220

3.3 기밀검사 220

3.4 전기검사 222

3.5 기능검사 223

3.6 비파괴검사 223

3.7 시험/운용과정 중 상태검사 224

 

4. 엔진의 기능진단 226

4.1 계측 및 정보처리 시스템 226

4.2 실시간 상태진단 232

4.3 사후 진단 233

 

5. 사고방지시스템 236

5.1 사고방지시스템의 개요 236

5.2 사고방지시스템의 사례 239

 

6. 진단시스템 개발 241

 

제Ⅵ장 엔진 인스트루멘테이션 및 와이어하니스

 

1. 엔진 전기시스템 개요 246

 

2. 엔진 센서 249

2.1 온도센서 249

2.2 정압센서 250

2.3 변동압센서 252

2.4 진동센서 253

2.5 유량센서 254

2.6 회전수센서 255

2.7 위치센서 256

2.8 스트레인게이지 258

 

3. 엔진 에비오닉스(엔진제어기) 259

 

4. 엔진 와이어하니스 264

4.1 엔진 와이어하니스 요구조건 265

4.2 한국형발사체 엔진 와이어하니스의 설계/제작/운영 주요 사항 291

 

제Ⅶ장 공급계

 

1. 액체로켓엔진용 밸브 310

2. 해외 및 국내 밸브의 개발 사례 313

 

제Ⅷ장 연소시험/평가

 

1. 추진기관 단계별 시험 324

 

2. 추진기관 시험설비 구성 326

2.1 발사체와 추진기관 시험설비의 비교 326

2.2 추진기관 시험설비의 기본구성 327

2.3 추진기관 시험설비의 부분별 구성 328

2.4 시험설비 기반시설 331

 

3. 고공환경모사 332

 

4. 시험대상체에 따른 시험설비 337

4.1 연소기 시험설비 337

4.2 터보펌프 시험설비 338

4.3 엔진시스템 시험설비 340

4.4 추진기관 시스템 시험설비 342

 

5. 시험운영 344

5.1 시험운영 과정 344

5.2 엔진시동 348

 

 

제Ⅸ장 열제어 시스템

 

1. 서론 354

 

2. 열전달 356

2.1 전도 356

2.2 대류 357

2.3 복사 358

 

3. 발사체 지상 운용중 열환경 360

3.1 태양복사 및 알베도 361

3.2 대기 복사 361

3.3 지표면 복사 362

3.4 외부 대기에 의한 대류 362

3.5 내부 대기에 의한 대류 363

 

4. 발사체 비행 중 열환경 365

4.1 궤도 환경 가열 365

4.2 심우주로의 복사 냉각 366

4.3 공력가열 366

4.4 로켓엔진 플룸에 의한 복사 368

4.5 자유 분자 가열 370

 

5. 발사체 열해석 372

 

6. 열차단계 제작 및 시험 374

6.1 고온열차단계 374

6.2 극저온열차단계 376

 

제Ⅹ장 엔진의 인증과 제품보증

 

1. 엔진의 인증(V&V) 380

1.1 Verification과 validation 381

1.2 요구조건 383

1.3 검증 383

1.4 인증 387

 

 

2. 제품 보증 390

2.1 제품 보증 390

2.2 제품 검사 392

2.3 납품 검사 393

 

3. 결론 395

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