KR100450699B1

KR100450699B1 - 액체로켓엔진용 연소기 제조 방법

Info

Publication number: KR100450699B1
Application number: KR10-2002-0024834A
Authority: KR
Inventors: 홍석호
Original assignee: 주식회사 로템
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2004-10-01
Also published as: KR20030086712A

Abstract

본 발명은 액체로켓엔진용 연소기 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체로켓엔진의 고압 연소기(10)를 이루는 내피(15)와 외피(20)를 진공 상태의 아르곤 가스 분위기에서 회전력을 주면서 브레이징 가공하여 결합하는 액체로켓엔진용 연소기 제조 방법에 관한 것이다.

이를 위하여, 추진제가 이동할 수 있는 냉각채널(30)이 형성되도록 기계가공된 내피(15)와 그 외부를 커버하는 외피(20)로 이루어진 액체로켓엔진의 연소기 (10)에 있어서, 상기 내피(15)와 외피(20)의 산화를 방지하면서 균일한 접합 틈새를 가지도록 결합되어 양호한 냉각채널(30)이 형성되도록 하기 위하여 내피(15)와 외피(20)를 진공 상태의 불활성가스 분위기에서 회전시켜 원심력을 가하면서 브레이징 가공하는 것을 특징으로 하는 액체로켓엔진용 연소기 제조 방법을 제공한다.

Description

액체로켓엔진용 연소기 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR COMBUSTION CHAMBER OF LIQUID ROCKET ENGINE}

본 발명은 액체로켓엔진용 연소기 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체로켓엔진의 연소기를 이루는 내피와 외피를 진공 상태의 아르곤 가스 분위기에서 회전력을 주면서 브레이징 가공하여 결합하는 액체로켓엔진용 연소기 제조 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 로켓은 고온 고압의 연료가스를 발생하고 이것을 분출시켜 그 반동력으로 전진하는 비행체로, 추진제를 연소시키는 연소기와 연소기에서 만들어진 가스를 가속하여 방향성을 갖게 하기 위한 노즐로 구성되어 있다.

상기 추진제는 고열을 발하는 열에너지원이어야 함과 동시에 열에너지를 운동에너지로 바꾸는 작용을 하는 것이어야 하므로, 연료인 동시에 연소하는 데 필요한 산소를 함유하고, 또한 가스가 되어 팽창하는 정도가 큰 것을 추진제로 선택하게 되는데, 크게 고체상태인 것과 액체상태인 것으로 구분된다.

이 중, 액체상태의 추진제를 사용하는 액체로켓은 위성 발사 및 우주 수송에 많이 사용되는데, 추진제탱크(산화제와 연료), 공급장치 및 연소기로 구성되어 있고, 이중 추진제탱크가 구조물의 대부분을 차지하고 있다.

이러한 로켓엔진에서의 냉각은 매우 중요하며, 일반적으로 추진제 혹은 산화제를 냉각액으로 활용하는 재생냉각방식을 많이 채택하고 있다.

상기 재생냉각방식은 냉각제(coolant)로서 추진제 중의 하나를 사용하게 되는데, 열을 로켓엔진의 뜨거운 표면들을 따라 외부적으로 유도되는 하나의 추진제까지 전달시킴으로써 연소기를 수용 가능한 온도로 유지한다.

도 1은 종래 액체로켓엔진용 연소기의 부분 평면도이다.

즉, 도시된 바와 같이, 추진제나 산화제를 연소기(10)의 내피(15)와 외피(20) 사이의 냉각채널(30)을 통해서 흐르게 한 후 주입기를 통해 연소기(10)에 공급하는 냉각방식으로, 보통 기계가공된 냉각채널(30)을 갖는 내피(15)의 외부에 외피(20)를 브레이징하거나 내피(15)와 외피(20)의 사이에 파이프를 구비한 후 토치로 용접하여 연소기(10)를 가공하였다.

여기서, 상기 브레이징(brazing)은 접착면이나 그 사이에 용가재를 놓은 다음 용가재는 녹고 피용접물은 녹지 않을 정도로 온도를 높여 접합시키는 공정으로, 녹은 용가재는 모세관 작용에 의하여 접착면 사이의 미세공간을 채우고 용가재가 식어서 응고하면 강한 접합부를 이루게 된다.

그러나, 열전달율을 높이기 위하여 기계가공된 냉각채널(30)의 형상이 매우 복잡하였으므로 균일한 접합 틈새를 유지하면서 내피(15)와 외피(20)를 결합하는 것이 매우 어려워 일부 접합면의 결합에 불량이 발생하였고, 이는 고온 고압하에 있는 연소기(10) 내피(15)의 변형 및 파괴를 유발하였다.

그리고, 브레이징 가공시에 용융된 용가재가 냉각채널(30) 내로 유입될 경우에는 연소시 재료의 용융이 발생하여 냉각채널(30)이 차단되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 진공 상태의 아르곤 가스 분위기 하에서 기계가공된 내피와 외피로 외관을 이루는 연소기를 회전시켜 용가재에 원심력을 부여함으로써, 브레이징 가공시에 용융된 용가재가 냉각채널을 통해 흘러 들어가지 못하도록 하므로, 복잡한 형상의 내피와 외피의 접합면이 전 부위에 걸쳐 양호한 접합틈새를 유지할 수 있도록 하는 액체로켓엔진용 연소기 제조 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 액체로켓엔진용 연소기의 부분 평면도.

도 2는 본 발명에 따른 액체로켓엔진용 연소기의 측면 가공단면도.

도 3은 도 2의 A부분 확대 구성도.

도 4는 도 3의 B부분의 부분 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 연소기 15: 내피

20: 외피 25: 리브

30: 냉각채널 35: 회전체

40: 가열로(加熱爐) 45: 컨테이너

50: 제어부 55: 공기흡입관

60: 가스공급관 65: 회전축

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 추진제가 이동할 수 있는 냉각채널이 형성되도록 기계가공된 내피와 그 외부를 커버하는 외피로 이루어진 액체로켓엔진의 연소기에 있어서, 상기 내피와 외피의 산화를 방지하면서 균일한 접합 틈새를 가지도록 결합되어 양호한 냉각채널이 형성되도록 하기 위하여 내피와 외피를 진공 상태의 아르곤 가스 분위기에서 회전에 의한 원심력을 가하여 브레이징 가공하는 것을 특징으로 하는 액체로켓엔진용 연소기 제조 방법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 자세히 설명하기로 하며, 종전에 설명한 종래의 구조와 동일하거나 유사한 부품에는 동일명칭 및 동일부호를 부여하고 자세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 액체로켓엔진용 연소기의 측면 가공단면도이고, 도 3은 도 2의 A부분 확대 구성도이며, 도 4는 도 3의 B부분의 부분 평면도이다.

여기서, 본 발명의 요지구성은 산화를 방지하기 위한 진공 상태의 아르곤 가스 분위기 하에서 기계가공된 내피(15)와 외피(20)를 회전시켜 원심력을 가하면서 브레이징 가공함으로써, 내피(15)와 외피(20)의 사이에 형성된 냉각채널(30)의 막힘을 방지하고, 내피(15)와 외피(20)의 접합이 균일하게 되도록 구성한 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액체로켓엔진용 연소기(10)의 제조장치는 크게 용가재를 용융시킬 수 있도록 열을 가하는 가열로(40)와, 상기 가열로(40) 내부에 진공 상태의 아르곤 가스 분위기를 공급하면서 내피(15)와 외피(20)로 이루어진 고압 연소기(10)를 회전시키는 회전체(35)로 구성된다.

여기서, 상기 회전체(35)는 브레이징 하고자 하는 연소기(10)가 가열로(40)와 직접 접촉하는 것을 차단하기 위한 컨테이너(45)와, 산화방지를 위한 불활성 가스 분위기를 생성하는 가스발생장치(미도시)와, 컨테이너(45) 내부를 진공으로 만들어주기 위한 진공발생장치(미도시)와, 상기 컨테이너(45) 내부의 브레이징 가공하고자 하는 내피(15)와 외피(20)를 회전시키도록 형성된 회전축(65)과, 상기 진공시스템과 가스발생장치 및 회전축(65)을 제어할 수 있도록 제어부(50)가 구비되어 있다.

그리고, 상기 가스발생장치에서 발생된 가스를 유도하는 가스공급관(60)을 통해 콘테이너 내부로 가스가 채워지고, 상기 공기흡입관(55)은 상기 냉각채널(30)과 연결시켜 냉각채널(30)의 내부를 진공상태로 유지하게 된다.

또한, 상기 연소기(10)는 외부가 기계가공되어 리브(25)가 돌출 형성된 내피(15)와 상기 내피(15)의 외부를 감싸는 외피(20)로 이루어지는 바, 상기내피(15)와 외피(20)의 접합으로 내피(15)의 리브(25)와 외피(20) 사이에 냉각을 위한 추진제의 통로인 냉각채널(30)이 형성된다.

이 때, 내피(15)는 구리합금을 사용하며, 외피(20)는 스테인리스스틸의 재질을 사용한다.

이하, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 의한 액체로켓엔진용 연소기 제조 방법 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

상기 회전체(35)에 구비되어 있는 진공발생장치와 가스발생장치를 제어부(50)를 통해 가동시켜 산화를 방지하기 위한 진공 상태의 불활성 가스 분위기를 형성하고, 내피(15)와 외피(20)의 사이에 용가재를 위치시키고 회전축(65)을 회전시키면서 가열로(40)가 작동하게 되면, 가열로(40)에서 발생하는 열에 의하여 용가재는 융해되면서 상기 내피(15)와 외피(20)는 결합하게 된다.

이 과정에서, 상기 용가재는 원심력에 의하여 내피(15)와 외피(20) 사이에 형성된 냉각채널(30) 측으로 흐르지 않게 되고, 내피(15)와 외피(20) 전면적에 걸쳐 고르게 분포하게 되므로 양호한 접합틈새를 가진 연소기(10)를 제조할 수 있게 된다.

이상에서, 상기 제조방법은 액체로켓엔진의 것으로 도시 및 예시하였으나, 본 발명의 목적은 내피(15)와 외피(20)의 결합을 고르게 하고 파손을 막으면서 양호한 냉각채널(30)을 제공하는 것에 있는 것으로, 상기와 같은 구성에 한정하지 않고 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 액체로켓엔진용 연소기 제조 방법에 의하면, 진공 상태의 아르곤 가스 분위기 하에서 기계가공된 내피와 외피로 외관을 이루는 연소기를 회전시켜 용가재에 원심력을 부여함으로써, 브레이징 가공시에 용융된 용가재가 냉각채널을 통해 흘러 들어가지 못하도록 하므로, 복잡한 형상의 내피와 외피의 접합면이 전 부위에 걸쳐 양호한 접합틈새를 유지할 수 있도록 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

Claims

추진제가 이동할 수 있는 냉각채널(30)이 형성되도록 기계가공된 내피(15)와 그 외부를 커버하는 외피(20)로 이루어진 액체로켓엔진의 연소기(10)에 있어서,

상기 내피(15)와 외피(20)의 산화를 방지하면서 균일한 접합 틈새를 가지도록 결합되어 양호한 냉각채널(30)이 형성되도록 하기 위하여 내피(15)와 외피(20)를 진공 상태의 아르곤 가스 분위기에서 회전에 의한 원심력을 가하여 브레이징 가공하는 것을 특징으로 하는 액체로켓엔진용 연소기 제조 방법.