KR100468284B1 - 액체로켓 엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 액체로켓 엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치는 복수의 인젝터들을 포함하는 상기 혼합기를 지지하면서 상기 인젝터들을 통해 분사되는 유체를 내부로 수용하도록, 중공의 원통형인 지지몸체 및 상기 혼합기와 결합되도록 상기 지지몸체의 상단 에지에 형성되는 평면의 지지 림을 구비하며, 치구에 의해 고정되는 지지부, 상기 혼합기의 인젝터에서 분사되는 유체를 구역별로 분리 수용하기 위해, 상기 지지부 내부로 삽입되며 일정하게 구획된 격자들로 이루어지며, 상기 인젝터로부터의 이격거리를 조정하기 위해, 상기 치구를 매개로 상하 이동 고정되도록 상기 치구와 고정수단을 통해 결합되는 격자부, 상기 격자부의 각각의 격자들에 분사되는 유체를 안내하기 위해, 상기 각 격자들에 삽입된 유체안내관, 상기 유체안내관을 통해 상기 수집부로 공급되는 유체를 소정 시간 동안만 수집하도록 유로를 변경하기 위해, 유체 수집 및 비수집 위치로 수평 이동가능하고 상기 각각의 유체안내관이 삽입되는 다수열의 개구를 포함하는 판형의 유로변환부, 및 상기 유로변환부가 상기 유체 수집위치에 있을 경우, 상기 유체안내관에 의해 안내되는 유체를 수집하도록 상기 유로변환부 하부에 위치되는 유체수집부를 포함하여 액체로켓엔진 혼합기에서의 보다 정밀한 유체의 분포량을 측정할 수 있다.

Description

액체로켓 엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치{APPARATUS FOR MEASURING LIQUID DISTRIBUTION OF MIXER FOR LIQUID ROCKET ENGINE}

본 발명은 일반적으로는 액체로켓엔진에 사용되는 혼합기의 인젝터를 통해 분사되는 유체의 분포량을 계측하기 위한 유체 분포량 계측장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 액체로켓 엔진의 혼합기 설계시 유체의 분포량을 소정 범위로 일정하게 유지하기 위해 분사되는 유체의 분포량을 정밀하게 계측하기 위한, 액체로켓엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액체로켓엔진에는 추진제로서, 연료와 산화제로 구분되는 2원 추진제가 사용되며, 상기 추진제는 상기 액체로켓엔진의 인젝터에 의해 분사되게 된다. 상기 두 추진제가 높은 연소효율을 낼 수 있도록, 상기 인젝터는 분사 후 상기 추진제를 미립화하고 혼합시킨다. 또한 상기 인젝터는 추진제를 연소실로 분사하되, 작동압력에 따라 분사되는 추진제의 양을 조절한다.

그러나, 실질적으로 액체로켓엔진의 성능은 복수의 인젝터가 모여 있는 혼합기의 총유량 및 각 인젝터에 의해 분사되는 유량의 분포에 따라 결정됨으로, 액체로켓엔진 성능 실험시, 실제 작동압력 대비 연소실 내부에서의 복수의 인젝터에 의한 유체의 분사량을 구간별로 측정함으로써, 가장 적합한 구간별 유체 분사량을 얻을 수 있도록 정밀하게 각 구획별 유체의 분포량을 측정해야 할 필요성이 대두되었다.

따라서, 본 발명은 상술한 필요성을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 설계된 액체로켓엔진용 혼합기의 성능 시험시, 혼합기의 인젝터를 통해 분사되는 유체의 분포량을 일정하게 유지시키도록, 상기 액체로켓엔진용 혼합기의 인젝터들을 통해 분사되는 유체의 분포량을 각 구획별로 분리하여 측정하기 위해, 모듈화된 계측장치를 사용하여 분사되는 유체를 복수의 격자를 갖는 격자부를 통해 분리하고 각 격자별로 수집하여 수집된 유체량을 근거로 각 격자단위의 유체의 분포량을 계측하기 위한 액체로켓엔진의 유체 분포량 계측장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 유체 분포량 계측장치의 개략적인 분해도이다.

도2는 본 발명에 따른 유체 분포량 계측장치의 격자부의 단면도이다.

도3은 본 발명에 따른 유체 분포량 계측장치의 유로변환부의 수집위치로 이동된 상태를 예시한 상태도이다.

도4는 본 발명에 따른 유체 분포량 계측장치의 유로변환부의 비수집위치로 이동된 상태를 예시한 상태도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:유체분포량 계측장치 110:지지부

111:지지몸체 113:지지림

120:격자부 121:격자

123:연결관 130:유체안내관

140:유체수집부 150:치구

200:혼합기

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른, 액체로켓엔진에 사용되는 혼합기의 인젝터를 통해 분사되는 유체의 분포량을 계측하기 위한 액체로켓엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치는,

복수의 인젝터들을 포함하는 상기 혼합기를 지지하면서 상기 인젝터들을 통해 분사되는 유체를 내부로 수용하도록, 중공의 원통형인 지지몸체 및 상기 혼합기와 결합되도록 상기 지지몸체의 상단 에지에 형성되는 평면의 지지 림을 구비하며, 치구에 의해 고정되는 지지부, 상기 혼합기의 인젝터에서 분사되는 유체를 구역별로 분리 수용하기 위해, 상기 지지부 내부로 삽입되며 일정하게 구획된 격자들로 이루어지며, 상기 인젝터로부터의 이격거리를 조정하기 위해, 상기 치구를 매개로 상하 이동 고정되도록 상기 치구와 고정수단을 통해 결합되는 격자부, 상기 격자부의 각각의 격자들에 분사되는 유체를 안내하기 위해, 상기 각 격자들에 삽입된 유체안내관, 상기 유체안내관을 통해 상기 수집부로 공급되는 유체를 소정 시간 동안만 수집하도록 유로를 변경하기 위해, 유체 수집 및 비수집 위치로 수평 이동가능하고 상기 각각의 유체안내관이 삽입되는 다수열의 개구를 포함하는 판형의 유로변환부, 및 상기 유로변환부가 상기 유체 수집위치에 있을 경우, 상기 유체안내관에 의해 안내되는 유체를 수집하도록 상기 유로변환부 하부에 위치되는 유체수집부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예의 구성을 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액체로켓엔진용 혼합기(200)의 인젝터를 통해 분사되는 유체 분포량을 측정하기 위한 유체 분포량 계측장치(100)는, 개략적으로는, 도1에 도시되어 있는 바와 같이, 지지부(110), 격자부(120), 유체안내관(130) 및 유체수집부(140)를 포함하고 있다.

상기 혼합기(200)는 산화제와 연료를 분사하는 복수의 인젝터들을 포함하여 구성되는데, 실질적으로 본 발명에 따른 유체 분포량 계측장치(100)에 의한 유체 분포량 시험시는 시험수를 사용하여 계측하게 된다.

상기 지지부(110)는 상기 혼합기(200)의 상기 인젝터들을 통해 분사되는 유체를 내부로 수용하도록, 상기 도1에 도시되어 있는 바와 같이, 중공의 원통형인 지지몸체(111)로 이루어져 있다. 상기 지지몸체(111)의 상단 에지는 상기 혼합기(200)의 하부와 결합가능하도록, 평면의 지지 림(113)을 구비하고 있다. 상기 지지부(110)는 상기 지지 림(113)에서 결합되는 치구(150)를 통해 고정되어 있다.

상기 지지몸체(111)는 전체가 금속의 원통형으로 이루어지지만, 변형적으로, 내부로 분사되는 유체를 사용자의 눈으로 직접 확인할 수 있도록, 투명 재질의 아크릴이나 유리등으로 이루어진 윈도우(115)를 포함할 수 있다.

상기 지지부(110)에 의해 지지된 상기 혼합기(200)의 인젝터에서 분사되는 유체를 구간별로 분리 수용하기 위해, 격자부(120)는 일정하게 정방형으로 구획된 복수의 격자(121)들로 구성되어 있다. 또한, 격자부(120)는 지지부(110)의 원통형 중공 내부로 삽입가능하다.

상기 각각의 격자(121)들 내부로는 연결관(123)이 삽입되어 격자부(120)로 분사되는 유체를 하부의 수집부(140)로 안내하기 위한 유체 안내관(130)과 연결되어 있다. 도2를 참고하면, 상기 연결관(123)은 격자(121)내부로 삽입되어 있으나, 정방형의 격자(121)와 관형의 연결관(123) 사이의 틈새로 유체가 빠져나가 각 격자(121)마다의 정확한 유량을 측정하기 어렵기 때문에, 틈새가 밀봉재(125)로 밀봉 및 고정되어 있다.

상기 격자부(120)는 치구(150)와 결합되어 고정되지만, 혼합기(200)의 인젝터와의 분사 이격거리를 조정하기 위해, 변형적으로 볼트등의 고정수단을 통해 치구(150)를 따라 일정 범위내에서 상측 또는 하측으로 이동 후 볼트등을 통해 탈장착이 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 격자부(120)의 각각의 격자(121)들에 분사되는 유체를 안내하기 위해, 유체안내관(130)은 상기한 연결관(123)과 연결되어 있다. 상기 유체안내관(130)은, 변형적으로, 연결관(123) 없이 각 격자들에 직접 삽입되어 결합될 수도 있다.

상기 유체안내관(130)은, 도1에 도시되어 있는 바와 같이, 균일하게 고정되어 유지되도록 고정틀(131)을 통해 고정되어 있다.

일정 시간 동안, 상기 고정틀(131)에 의해 고정되어 있는 유체안내관(130)의 하부에는, 상기 각 격자(121)들에 분사된 유체량을 측정하도록 수집하기 위해, 본 발명에 따른 유체 분포량 계측장치(100)가 상기 유체안내관(130)에 각각 대응되는 유체수집부(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예의 유체 분포량 계측장치(100)는 상기 유체 안내관(130)과 유체수집부(140) 사이에 유로변환부(170)를 포함하고 있다. 이 유로변환부(170)는 본 발명의 실시예에 따라 유체가 사용자가 원하는 소정의 시간 동안만, 즉, 분사되는 유체량이 균일하게 안정화된 이후로 정확하게 유체의 분포를 측정할 수 있는 시간동안만 유체의 분포량을 측정하도록 유로를 변환시켜 준다.

상기 유로의 변환을 위해, 상기 유로변환부(170)는 유체안내관(130)의 개개의 출구측에 대응하는 각각의 개구를 가지고 있다. 상기 개구에는 소정 시간동안 분사되는 유체만을 상기 유체안내관(130)을 통해 수집하도록 상기 유체안내관(130)의 출구가 삽입되어 하부로 돌출됨으로써 유체수집부(140)와 대응 위치되어 있다. 도3은 유체가 수집가능한 위치에 유체수집부(140)상에 유체안내관(130)이 위치되는 유체 수집위치를 도시하고 있다.

도4는 도3의 유체 수집위치와 상반되는 유체 비수집 위치를 나타내는 도면으로서, 상기 유체 비수집 위치일 경우에, 분사되는 유체를 수용하기 위한 용기(180)가 또한 유로변환부(170) 하부에 위치되어 있다. 상기 용기(180)는 실질적으로 소정 시간범위내에 유체수집부(140)로 수집되는 유체 이외의 유체를 수집하도록, 상기한 유체안내관(130)과 유로변환부(170)를 모두 감싸 포함할 정도의 크기이다.

상기 유로변환부(170)의 수평이동이 가능하도록 유로변환부(170)를 이동시키는 공압실린더(160)가 그 측면에 위치되어 있다.

상기 수집된 유체의 분포량을 자동으로 측정하기 위해 유체 수집부(140)의 하부에는 로드셀이 더 위치될 수 있다. 상기 유체 수집부(140)는 실질적으로 도면에 도시되지는 않았지만, 하부가 용기(180)에 수용되는 유체와 닿지 않도록 지지체에 의해 지지되고 있음을 인지해야 한다.

다음으로, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 작용 및 효과를 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 먼저, 인젝터를 통해 분사되는 유체의 분포량을 시험하기 위해, 연료와 산화제를 대신하여 일정한 압력으로 공급되는 시험수인, 유체가 혼합기(200)를 구성하고 있는 다수의 인젝터를 통하여 분사되고 이 유체는 실질적으로 인젝터의 특성에 따라 일정한 형식으로 혼합되며 각 인젝터를 통해 혼합된 유체는 연소실 내부에서 다시 혼합된다. 이때, 혼합기(200)의 측정코자 하는 소정의 연소 위치에 격자부(120)가 위치된다.

상기 소정의 위치에 격자부(120)를 위치시킨 후, 상기 유체를 분사시키면 격자부(120)상에 유체가 혼합되면서 분사되며, 이러한 혼합 유체는 격자부(120)의 격자(121)를 통해 각각의 구획된 영역으로 분리되게 된다. 이때, 상기 지지부(100)에 형성가능한 윈도우(115)를 통해 분사되는 유체의 상태를 관측할 수 있다. 상기 각각의 격자(121)들로 구획된 유체들은 유체안내관(130)을 통해 유체수집부(140)로 안내되게 된다.

그런데, 최초로부터 소정의 시간까지 분사되는 유체의 분사량은 실질적으로 안정되어 있지 않기 때문에, 실질적으로 정상적인 유체의 분포량을 정확하게 측정할 수 없다. 따라서, 보다 정확하게 유체의 분포량을 측정하기 위하여 유로변환부(170)가 유체의 분사량이 정상화되고 일정하게 안정되는 시간 이전에는, 공압 실린더(160)의 왕복운동을 통해 유체 비수집 위치로 이동됨으로써, 유체를 유체수집부(140)가 아닌 용기(180)에 수집한다.

유체 분포량이 정상적으로 안정되는 시간이 되면, 일정시간 동안, 즉 유체 수집시간동안 공압실린더(160)를 통해 유로변환부(170)를 유체 수집 위치로 이동시켜, 상기 혼합기의 인젝터를 통해 분사되는 유체를 유체수집부(140)에 수집하게 된다.

다시 말하자면, 상기 수집시간동안 분사된 유체가 격자부(120)의 각각의 격자(121)상에 분사되고 상기 각각의 격자(121)에 의해 분리되어 각 격자(121)에 삽입된 연결관(123)과 연결된 유체안내관(130)을 따라 안내된다. 상기 유체안내관(130)을 통해 안내된 유체가 결론적으로 유체 수집부(140)에 수집된다.

상기 유체수집부(140)에 수집이 완료되면, 각각의 유체수집부(140)가 별개로 유량이 측정되어 각 구역별 유체 분포량이 계측된다. 이때, 각 유체수집부(140)에 수집된 유량은 그 하부에 장착된 로드셀(도시되지 않음)에 의해 자동으로 계측가능하다. 상기 유체수집부(140)의 유량은 상기 로드셀에 의한 방법으로 국한되지 않고, 각각의 유체수집부(140)를 정밀 계측기를 사용하여 별도로 측정하는 방법등 다양한 방법으로 계측할 수 있다.

상기와 같이, 시험시간이 종료된 후 격자부(120)의 각 격자에서 수집된 유체의 무게를 격자별로 측정하여 연소실의 단면에서의 유체의 분포량이 계측되면, 사용자가 원하는 패턴으로 분포량이 이루어졌는지를 확인하여, 바람직하지 않은 형태로 분포량이 이루어진 경우, 인젝터를 통한 분사량을 보정하게 된다.

앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 유체 분포량 계측장치는 개별적인 인젝터를 통한 분사량의 측정이 아닌 실질적으로 연소부에 분사되는 유체의 분포량을 계측함으로써, 바람직한 연소의 효율을 극대화하는 등의 뛰어난 효과가 있다.

본 발명의 실시예는 단지 예시를 위한 것일 뿐이지, 본 발명을 제한하지 않으며 본 발명의 청구범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 수정 및 변형이 가능하다는 것을 당업자는 인지해야 한다.

Claims (6)

1. 액체로켓엔진에 사용되는 혼합기의 인젝터를 통해 분사되는 유체의 분포량을 계측하기 위한 액체로켓엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치에 있어서,

   복수의 인젝터들을 포함하는 상기 혼합기를 지지하면서 상기 인젝터들을 통해 분사되는 유체를 내부로 수용하도록 중공의 원통형인 지지몸체(111), 및 상기 혼합기와 결합되도록 상기 지지몸체의 상단 에지에 형성되는 평면의 지지 림을 구비하며, 치구에 의해 고정되는 지지부;

   상기 혼합기의 인젝터에서 분사되는 유체를 구역별로 분리 수용하기 위해, 상기 지지부 내부로 삽입가능하고, 일정하게 구획된 격자들 및 상기 격자 내부로 삽입된 연결관을 포함하며, 상기 인젝터로부터의 이격거리를 조정하기 위해, 상기 치구를 매개로 상하 이동 고정되도록 상기 치구와 고정수단을 통해 결합되는 격자부;

   상기 격자부의 각각의 격자들에 분사되는 유체를 안내하기 위해, 상기 연결관과 연결되는 유체안내관;

   상기 유체안내관을 통해 상기 수집부로 공급되는 유체를 소정 시간 동안만 수집하도록 유로를 변경하기 위해, 유체 수집 및 비수집 위치로 수평 이동가능하고 상기 각각의 유체안내관이 삽입되는 다수열의 개구를 포함하는 판형의 유로변환부; 및

   상기 유로변환부가 상기 유체 수집위치에 있을 경우, 상기 유체안내관에 의해 안내되는 유체를 수집하도록 상기 유로변환부 하부에 위치되는 유체수집부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체로켓엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유로변환부를 상기 수평이동시키기 위한 공압실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체로켓엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치.
3. 제1 또는 2항에 있어서, 상기 유로변환부의 비수집 위치에서 유체를 별도로 수용하는 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체로켓엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 지지부는 상기 노즐부로부터 분사되는 유체를 외부에서 관측가능하도록 윈도우를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체로켓엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 각 수집부로 수집된 유체량을 측정하기 위해 각각의 수집부의 하부에 로드셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체로켓엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 격자부는 상기 연결관 없이 유체안내관과 직접 결합되는 것을 특징으로 하는 액체로켓엔진용 혼합기의 유체 분포량 계측장치.