KR100499797B1 - 로켓 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료와 산화제가 완전 연소되도록 배플이 설치된 로켓 엔진에 관한 것으로서, 특히 소재 수급이 용이할 뿐 아니라 제작 및 가공이 용이한 배플이 설치된 로켓 엔진에 관한 것이다.

본 발명에 따른 로켓 엔진은 연료와 산화제를 혼합하여 분사시키는 혼합기와, 상기 혼합기의 후단에 연료와 산화제가 연소되는 공간을 형성하는 연소실과, 상기 혼합기로부터 분사되는 연료와 산화제가 완전 연소되도록 상기 혼합기의 후단에 상기 연소실 일부를 구획하도록 설치되는 복수개의 배플로 구성되고, 상기 배플은 상기 연소실의 열이 상기 혼합기 측으로 전달되지 않도록 프레임에 내열재가 감겨진 형태로 제작됨으로 소재 수급이 용이할 뿐 아니라 제작 및 가공이 용이하여 생산 원가를 절감할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

로켓 엔진 {Engine of rocket}

본 발명은 연료와 산화제가 완전 연소되도록 배플이 설치된 로켓 엔진에 관한 것으로서, 특히 소재 수급이 용이할 뿐 아니라 제작 및 가공이 용이한 배플이 설치된 로켓 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 로켓은 추진제를 태워서 만드는 고압가스를 분사하여 추진력을 얻는 장치로서, 인공위성을 지구 궤도상에 올리기 위해 사용된다.

이러한 로켓 엔진은 매우 큰 힘을 내는 만큼 추진제를 빨리 태우므로 짧은 시간 동안에 많은 추진제를 소모하고, 고온의 연소가스를 발생시킨다.

여기서, 추진제는 연료와 산화제로 구분되는데, 상기 연료로는 가솔린, 파라핀, 액체수소 등이 사용되며, 산화제로는 사산화이질소(N₂O₄), 액화산소 등이 사용되며, 로켓 엔진은 이러한 연료와 산화제가 혼합되어 분사되는 혼합기와, 상기 혼합기의 후단에 형성되어 이러한 연료와 산화제가 연소되어 연소가스가 발생되는 연소실과, 상기 연소실의 후단에 형성되어 이러한 연소가스에 의해 추력을 발생시키는 노즐로 구성된다.

특히, 상기 혼합기 후단에는 상기 혼합기 측의 연소실 일부를 구획하여 분사되는 연료와 산화제가 완전 연소될 수 있도록 배플이 설치되는데, 상기 배플은 고온의 열이 발생되는 상기 연소실에 설치되기 때문에 열에 견딜 수 있는 내열 합금으로 제작되어 상기 혼합기의 후단에 고정 설치된다.

따라서, 상기 연소실에서 고온의 열이 발생되더라도 상기 배플이 내열 합금재질로 이루어지기 때문에 상기 연소실의 열이 상기 배플을 통하여 상기 혼합기 측으로 전달되어 상기 혼합기 내부에서 연료와 산화제가 연소되는 것을 사전에 방지할 수 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 로켓 엔진은 상기 혼합기 측의 연소실을 구획하도록 상기 혼합기 후단에 설치되는 배플이 고온의 열을 견딜 수 있도록 내열 합금 재질로 제작되는데, 이러한 내열 합금은 고가일 뿐 아니라 재료 수급이 원활하지 않고, 비교적 가공성이 낮으므로 생산 비용이 높을 뿐 아니라 생산성이 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소재 수급 및 가공이 용이하도록 프레임에 내열제가 감겨지도록 제작된 배플이 설치된 로켓 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 로켓 엔진은 연료와 산화제를 혼합하여 분사시키는 혼합기와, 상기 혼합기의 후단에 연료와 산화제가 연소되는 공간을 형성하는 연소실과, 상기 혼합기로부터 분사되는 연료와 산화제가 완전 연소되도록 상기 혼합기의 후단에 상기 연소실 일부를 구획하도록 설치되는 복수개의 배플로 구성되고, 상기 배플은 상기 연소실의 열이 상기 혼합기 측으로 전달되지 않도록 프레임에 내열재가 감겨진 형태로 제작된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 로켓 엔진이 도시된 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 로켓 엔진의 혼합기 후단이 도시된 분해사시도이며, 도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 로켓 엔진의 배플 제작 과정이 도시된 사시도이다.

상기 본 발명에 따른 로켓 엔진은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 연료와 산화제가 저장될 뿐 아니라 연료와 산화제를 혼합하여 분사시키는 혼합기(10)와, 상기 혼합기(10)의 후단에 설치되어 분사되는 연료와 산화제가 점화장치(미도시)에 의해 연소 반응을 일으키는 공간을 형성하는 연소실(20)과, 상기 연소실(20)의 후단에 설치되어 연료와 산화제의 연소 반응에 의해 발생되는 고온 고압의 연소 가스에 의해 추력을 발생시키는 노즐(30)과, 상기 혼합기(10)의 후단에 설치되어 상기 혼합기(10) 측의 연소실(20) 일부를 복수개의 개별 공간으로 구획하여 완전 연소되도록 하는 복수개의 배플(40)로 구성되고, 상기 배플(40)은 프레임(42)에 내열재가 감겨진 형태로 제작된다.

구체적으로, 상기 혼합기(10)는 연료 공급부(12a) 및 산화제 공급부(12b)가 구비된 메인 구조물(12)과, 상기 메인 구조물(12)과의 사이에 산화제 저장부(14a)가 형성되는 상판(14)과, 상기 상판(14)과 소정 간격 이격되도록 설치되어 연료 저장부(16a)가 형성되는 하판(16)과, 상기 상판(14)과 하판(16) 사이에 접합되는 복수개의 단위 인젝터(18)로 구성된다.

그리고, 상기 연소실(20)은 상기 메인 구조물(12) 후단에 연결되어 연소 공간(C)을 형성하되, 상기 메인 구조물(12)과 연소실(20) 사이에는 점화장치가 장착될 수 있도록 점화장치 설치부(15)가 형성된다.

특히, 상기 배플(50)은 상기 하판(16)에 설치되는 위치에 따라 원통형의 프레임(52a)에 내열재가 감겨지도록 제작되어 상기 하판(16) 중앙에 설치되는 제1배플(52)과, 플레이드형의 프레임(54a)에 내열재가 감겨지도록 제작되어 상기 하판(16)의 원주 방향으로 일정 간격을 두고 설치되는 제2배플(52)로 나뉘어진다.

이때, 상기 내열재는 보통 금속 재질로 구성된 프레임(52a,54a)에 감겨지기 쉬울 뿐 아니라 상기 연소실(20) 측 고온의 열이 상기 프레임(52a,54a)을 따라 상기 혼합기(10) 측으로 전달되지 않도록 내열성이 높은 유리 섬유로 직조된 직물(52b,54b)이며, 상기 프레임(52a,52a)에 직물(52b,54b)이 감겨지는 경우 상기 직물(52b,54b)을 고온으로 가압하여 상기 프레임(52a,54a)에 부착하는 동시에 상기 직물(52b,54b)을 원하는 형태로 성형할 수 있도록 상기 직물(52b,54b)에는 수지 성분이 포함된다.

물론, 상기 직물(52b,54b)은 비교적 내열성이 높은 반면 제작 및 가공이 용이한 금속 섬유로 직조될 수도 있다.

여기서, 상기 제1배플(52)은 상단이 상기 하판(16) 중앙에 끼움 설치될 수 있도록 상기 하판(16) 중앙에 형성된 링형의 고정용 홈(16a)에 끼움되고, 상기 제2배플(54)은 상단이 상기 하판(16)의 원주 방향으로 일정 간격을 두고 형성된 직선형의 고정용 홈(16b)에 끼움된다.

아울러, 상기 제2배플(54)은 상기 제1배플(52)의 외주면과 상기 메인 구조물(12)의 후단 내주면 사이에 설치되되, 내측단에 돌출된 고정용 돌기(54a')가 상기 제1배플(52)의 외주면에 일정 간격을 두고 형성된 직선형의 고정용 홈(52a')에 끼움됨과 동시에 외측단이 상기 메인 구조물(12) 후단 내둘레에 지지된다.

상기와 같은 배플(50)의 제작 과정을 살펴보면, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이 금속 재질로 원하는 크기의 원통형 또는 플레이트형으로 프레임(52a,54a)이 제작된 후 상기 프레임(52a,54a)의 외둘레에 수지 성분이 포함된 유리 섬유로 직조된 직물(52b,54b)이 감겨지게 되고, 상기와 같이 프레임(52a,54a)에 감겨진 직물(52b,54b)은 고온에서 가압되어 상기 프레임(52a,54a)에 부착된 다음 식혀지면 원하는 형태로 제작한다.

물론, 상기 직물(52b,54b)은 고온에서 가압된 상태에서 원하는 형태로 성형될 수도 있지만, 식혀진 다음 절삭 가공될 수도 있다.

상기와 같이 제작된 제1,2배플(52,54)은 상기 혼합기(10) 측 연소실(20)을 구획하여 개별 공간을 형성하도록 상기 하판(16)과 메인 구조물(12) 사이에 설치된다.

이와 같이, 상기 제1,2배플(52,54)이 설치된 로켓 엔진이 작동되면, 연료와 산화제가 상기 혼합기(10)에서 균일하게 혼합된 다음 상기 단위식 인젝터(18)를 통하여 상기 연소실(20)로 분사된다.

이와 동시에, 상기 연소실(20) 측의 점화장치가 작동되면 각각의 개별 공간으로 분사된 연료와 산화제가 주변의 개별 공간으로 분사된 연료와 산화제의 간섭을 받지 않고 독립적인 공간에서 연소되기 때문에 불안정하게 연소되는 것을 방지하여 완전 연소된다.

다음, 상기 연소실(20)에서 연료와 산화제가 연소되어 발생되는 연소 가스가 상기 노즐(30)을 통해 고속, 고압으로 분사되며 상기 로켓에 추진력을 발생시킨다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 로켓 엔진은 수지 성분이 포함된 유리 섬유로 직조된 직물 형태의 내열재가 금속 재질의 프레임에 감겨진 상태에서 고온으로 가압하여 원하는 형상으로 배플이 제작되기 때문에 금속 재질 및 유리 섬유 등 소재 수급이 용이할 뿐 아니라 가공이 용이함으로 생산 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로켓 엔진이 도시된 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 로켓 엔진의 혼합기 후단이 도시된 분해사시도,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 로켓 엔진의 배플 제작 과정이 도시된 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 혼합기 20 : 연소실

30 : 노즐 50 : 배플

52 : 제1배플 54 : 제2배플

52a,54a : 프레임 52b,54b : 직물

Claims (3)

1. 연료 공급부 및 산화제 공급부가 구비된 메인 구조물과, 상기 메인 구조물과소정 간격 이격되도록 설치되어 산화제 저장부가 형성되는 상판과, 상기 상판과 소정 간격 이격되도록 설치되어 연료 저장부가 형성되는 하판 및 상기 상판과 하판 사이에 접합되는 복수개의 단위 인젝터로 구성된 혼합기와,

   상기 혼합기의 후단에 연료와 산화제가 연소되는 공간을 형성하는 연소실과,

   상기 연소실의 열이 상기 혼합기 측으로 전달되는 것을 방지하고, 상기 혼합기로부터 분사되는 연료와 산화제를 완전 연소시키기 위해 상기 혼합기의 후단에 설치되어 상기 연소실의 일부를 일정 간격으로 구획하는 복수의 배플로 구성되되,

   상기 배플은 내열재가 감겨진 원통 형상의 프레임 구조를 갖고 상기 하판의 중심에 삽입 고정되는 제 1 배플과, 상기 내열재가 감겨진 플레이트 형상의 프레임 구조를 갖고 상기 제 1 배플의 측면에 형성된 고정홈에 삽입 고정되어 상기 하판의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되어 설치되는 제 2 배플로 구성된 것을 특징으로 하는 로켓엔진
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 내열재는 유리 섬유로 직조된 직물인 것을 특징으로 하는 로켓 엔진.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 직물은 고온에서 가압된 다음 성형이 가능하도록 수지 성분이 포함된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진.