KR100654966B1 - fuel injection face plate of liquid rocket engine for enhancement of the cooling performance - Google Patents
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Abstract
개시된 본 발명은 국부적인 가열로 인한 온도편차의 유발을 방지할 수 있는 냉각성능이 향상된 액체 로켓엔진의 연료 분사면판을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a fuel injection face plate of a liquid rocket engine with improved cooling performance that can prevent the occurrence of temperature deviation due to local heating.
이의 실현을 위한 본 발명에서는, 산화제공급관과 연료공급관으로부터 공급된 산화제 및 연료를 연소실로 분사하기 위해 그 연소실 입구에 설치되는 액체 로켓엔진의 연료 분사면판에 있어서, 상기 산화제공급관의 출구측 공간과 상기 연소실 사이에 설치되어 양측 공간을 분할하는 상판과; 상기한 상판과 평행하게 상기 연소실 측에 설치되어 그 상판과의 사이에 상기 연료공급관과 연결된 공간을 형성하는 하판과; 상기 상판과 하판 사이의 공간을 분할하도록 이들 사이에 배치되며, 그 외곽선단이 상기한 상판과 하판의 외곽선단 보다 내측에 위치되고 중앙 부위는 천공된 분할판과; 상기 상판과 하판 및 분할판의 상응하는 다수 위치에 뚫린 구멍에 끼워지며, 상기 산화제공급관의 출구와 상기 연소실을 연결하는 중공 및, 상기 상,하판 사이의 공간과 상기 연소실을 연결하는 통공이 형성된 다수개의 중공형 인젝터를 포함하는 액체 로켓엔진의 연료 분사면판을 제공한다.In the present invention for realizing this, in the fuel injection face plate of the liquid rocket engine which is installed at the inlet of the combustion chamber for injecting the oxidant and the fuel supplied from the oxidant supply pipe and the fuel supply pipe to the combustion chamber, the outlet space of the oxidant supply pipe and the An upper plate disposed between the combustion chambers and dividing the two spaces; A lower plate disposed on the combustion chamber side in parallel with the upper plate to form a space connected to the fuel supply pipe between the upper plate and the upper plate; A partition plate disposed between them to divide the space between the upper plate and the lower plate, the outer edge of which is located inside the upper edge of the upper plate and the lower plate, and the center portion of which is perforated; A plurality of holes formed in the holes drilled at the corresponding multiple positions of the upper plate, the lower plate and the divider plate, and a hollow connecting the outlet of the oxidant supply pipe and the combustion chamber, and a through hole connecting the space between the upper and lower plates and the combustion chamber. Provided are fuel injection face plates of a liquid rocket engine comprising two hollow injectors.
로켓, 엔진, 추진력, 작용, 반작용, 액체연료, 액체산소 Rocket, engine, propulsion, action, reaction, liquid fuel, liquid oxygen
Description
도 1은 일반적인 연료분사면판의 적용예를 보이기 위한 로켓엔진의 개략 단면도,1 is a schematic cross-sectional view of a rocket engine for showing an application example of a general fuel injection face plate,
도 2는 도 1에 도시된 연료분사면판으로서 종래에 채용된 다공플레이트를 도시한 평면도,2 is a plan view showing a porous plate conventionally employed as the fuel injection face plate shown in FIG.
도 3은 대한민국특허청 공개특허공보 공개번호 특2003-0076119호의 ‘액체로켓엔진의 충돌식 인젝터’가 장착된 상태의 ‘플레이트’에 대한 평면도,3 is a plan view of the 'plate' of the 'collision injector of the liquid rocket engine' of the Republic of Korea Patent Publication No. 2003-0076119,
도 4는 도 3에 도시된 플레이트에 대한 부분 단면도,4 is a partial cross-sectional view of the plate shown in FIG.
도 5는 도 3에 도시된 플레이트에 대한 작용상태를 보이기 위한 부분 단면도,5 is a partial cross-sectional view for showing an operating state with respect to the plate shown in FIG.
도 6은 본 발명에 의한 액체 로켓엔진의 연료분사면판 구성을 나타내기 위한 조립 상태의 부분 단면도,6 is a partial cross-sectional view of the assembled state for showing the fuel injection face plate configuration of the liquid rocket engine according to the present invention;
도 7은 도 6에 도시된 액체 로켓엔진의 연료분사면판 구성을 나타내기 위한 조립 상태의 부분 사시도,FIG. 7 is a partial perspective view of an assembled state for illustrating a fuel injection face plate configuration of the liquid rocket engine shown in FIG. 6;
도 8은 도 6에 도시된 액체 로켓엔진의 연료분사면판 작용 상태를 나타내기 위한 반단면도이다.FIG. 8 is a half cross-sectional view for illustrating a fuel injection face plate operating state of the liquid rocket engine illustrated in FIG. 6.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 로켓엔진 3 : 헤드부1: rocket engine 3: head part
5 : 연료공급관 7 : 산화제공급관5: fuel supply pipe 7: oxidant supply pipe
10 : 연료 분사면판 18 : 연소실10: fuel injection face plate 18: combustion chamber
90 : 상판 95 : 하판90: top plate 95: bottom plate
200 : 분할판 210 : 고정링200: partition plate 210: retaining ring
220 : 인젝터220: injector
본 발명은 액체 로켓엔진에 있어서 액체연료와 산화제를 혼합하여 연소실로 분사하는데 사용되는 연료 분사면판에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
로켓엔진은 연료를 폭발시켜 분출할때의 힘의 반작용을 이용하는 엔진으로서, 액체산소를 산화제로 사용하므로 공기가 없는 곳에서도 연료를 연소폭발시킬 수 있으며 한편, 연료는 고체연료와 액체연료로 구분되는데 액체연료는 밸브와 펌프를 통해 그 공급량을 조절할 수 있고, 연료의 연소를 중지시켰다가 재개할 수 있는 등의 장점이 있다.The rocket engine is an engine that uses the reaction of force when it explodes and expels fuel. Because it uses liquid oxygen as an oxidant, it can burn and explode fuel even in the absence of air. Fuel is divided into solid fuel and liquid fuel. Liquid fuel has the advantage of being able to control the supply amount through the valve and the pump, and to stop and resume the combustion of the fuel.
즉, 액체연료를 액화산소와 분리 저장시켰다가 혼합하여 연소시키는 것으로, 이와 같은 연료와 산화제의 혼합은 도 1에서와 같이 로켓엔진(1) 헤드(3) 부위에 연료 분사면판인 다공플레이트(10)를 설치하고, 이 다공플레이트(10)에 의해 엔진 헤드 상부로 조성되는 공간으로 산화제공급관(7)과 연료공급관(5)을 연결시켜 이루어진 구성에 의해 행해진다(도 2 참조).That is, the liquid fuel is stored separately from the liquefied oxygen, and then mixed and combusted. The mixture of the fuel and the oxidant is a
상기한 바와 같은 다공플레이트(10)에는 다수 통공(12)이 뚫려 있고, 그 중앙의 위치에서 점화기(16)의 단부가 연소실(18)로 노출되도록 관통되어지도록 되어 있어, 연료공급관(5)을 통하는 연료로 하여금 다공플레이트(10)의 다수 통공(12)들을 통해 연소실(18)로 유입됨으로써, 산화제공급관(7)을 통해 유입되는 산화제와 연소실(18) 내에서 혼합된다(도 2 참조).A plurality of through
위에서와 같이 혼합연료가 존재하게 된 상태의 연소실(18)에서 점화기(16)에 의한 발화가 이루어지게 되며, 이러한 작용에 따라 로켓에 추진력이 작용된다.As described above, the
그런데, 상기한 바와 같은 종래 일반적인 다공플레이트(10)를 갖는 로켓엔진은 혼합연료가 단순히 다공플레이트(10)에 뚫린 통공(12) 방향에 따라 일정한 방향으로만 분출되므로, 균일한 연료혼합을 기대하기 어렵다.By the way, the rocket engine having a conventional general
대한민국특허청 공개특허공보에 공개번호 특2003-0084366호로 개시된, ‘액체추진제 로켓엔진에서의 직교방사형 분사기 배열’에 관한 발명은, 하측으로 중앙에 2개의 산화제 분사공과 양측으로 냉각을 위한 2개의 연료분사공이 형성된 단위 분사기가 설치되는 액체로켓 엔진 분사기면에 있어서, 상기 단위 분사기를 직교형과 방사형을 혼합한 직교방사형으로 분사기면에 설치한 것으로, 균일한 연료의 혼합이 이루어지고 연소면을 고르게 유지하게 되며, 국부적인 가열을 막을 수 있다.The invention related to an orthogonal radial injector arrangement in a liquid propulsion rocket engine disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0084366 discloses two oxidant injection holes in the lower side and two fuel injections for cooling in both sides. In the liquid rocket engine injector surface in which the ball unit unit injector is installed, the unit injector is installed on the injector surface in the orthogonal radial type which is a mixture of orthogonal and radial forms to uniformly mix the fuel and maintain the combustion surface evenly. Local heating can be prevented.
대한민국특허청 공개특허공보에 공개번호 특2003-0084366호로 개시된 ‘액체로켓엔진용 혼합기’는, 연료 공급부 및 산화제 공급부를 구비한 메인 구조물의 사 이에 산화제 저장부를 형성하는 상판을 설치하고, 상기 상판과 소정 간격 이격되게 하판을 설치하여 연료 저장부를 형성하게 하며, 그 상측 부분은 상기 상판에 브레이징 접합되고 그 하측 부분은 상기 하판에 브레이징 접합되는 복수개의 충돌식 단위 인젝터를 구비하여 된 것으로, 액체연료가 적어도 복수 방향으로 분사되게 함으로써 연소실내에서의 균일한 산화제와의 혼합이 이루어지도록 한다.The 'liquid rocket engine mixer' disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0084366 includes a top plate that forms an oxidant storage unit between a main structure having a fuel supply unit and an oxidant supply unit, and includes a top plate and a predetermined top plate. The lower plate is provided to be spaced apart to form a fuel reservoir, and an upper portion thereof includes a plurality of collision type unit injectors brazed to the upper plate and a lower portion of the lower plate to be brazed to the lower plate. The injection in multiple directions allows the mixing with the uniform oxidant in the combustion chamber.
대한민국특허청 공개특허공보에 공개번호 특2003-0076119호로 개시된 ‘액체로켓엔진의 충돌식 인젝터’는, 플레이트에 부착되는 하단부와 일체로 상단부를 형성하고, 상기 상단부와 상기 하단부를 관통하는 중앙분사로를 구비하고, 상기 하단부만을 관통하며 형성된 경사분사로를 구성한 것으로, 연료와 산화제의 혼합이 균일하게 되는 것에 의하여 신뢰성이 향상되며, 분사구성 요소 각각의 실험이 가능하여 제작성 향상 및 분사제트의 수력학적 특성을 파악할 수 있게 된 것이다.The 'collision injector of a liquid rocket engine' disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0076119 discloses a central injection path integrally formed with a lower end attached to a plate and penetrating the upper end and the lower end. And an inclined spray path formed only through the lower end portion, and the fuel and the oxidant are uniformly mixed to improve the reliability, and to test each injection component to improve the manufacturability and the hydraulic force of the injection jet. I can understand the characteristics.
즉, 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이 200여개 정도의 충돌식 인젝터(60)가 장착된 혼합기(50)에 관한 것으로, 상기 인젝터(60)는 상단부(70)와 하단부 (80)의 결합으로 되어 있으며, 상기 상단부(70)의 상측면(72) 부분에 단차지는 상단장착부(76)가 형성되고, 상기 상단부(70) 보다 넓은 단면적을 가지는 하단부(80)에도 단차진 형상의 하단장착부(82)가 하단측면(84) 상에 형성된다.That is, as shown in Figs. 3 to 5 relates to a
상기 상단장착부(76)와 하단장착부(82)는 상판(90)과 하판(95)에 각각 끼워져 결합되며, 액체와 산화제 등의 유체가 분사되는 통로인 중앙분사로(100)와 측면분사로(110) 각각 2개씩 천공되어 있다.The
상기 중앙분사로(100)는 상단부 상측면(72)에서부터 하단부 분사면(86) 까지 일직선으로 형성되며, 상기 측면분사로(110)는 하단상측면(88)에서부터 분사면(86) 까지 일정각도 경사지게 형성되어 있다.The
상기 중앙과 측면분사로(100,110)가 이루는 각도는, 분사로(100,110)를 통하여 분사된 유체가 1차 충돌점(120)과 2차 충돌점(130)을 갖게 되어 있으며, 중앙분사로(100)와 측면분사로(110)의 위치 및 각도를 조정하여 상기 1,2차 충돌점(120,130)의 각도가 45도에서 90도 범위가 되게 한다.The angle formed by the center and the side injection path (100, 110), the fluid injected through the injection path (100, 110) has a
위에서와 같은 구성에 따라서 중앙분사로(100)와 측면분사로(110)를 통하여 나온 서로 다른 종류의 유체는 각각 1차 충돌되면서 혼합이 이루어지며, 다시 상기 2차 충돌점(130)에서 재차 충돌하면서 혼합이 이루어져 보다 균일한 유체의 혼합이 가능하게 된다.According to the configuration as described above, the different types of fluids coming out through the
따라서, 연료와 산화제를 독립적으로 미립자 형태로의 분산효과를 향상시키게 되었으며, 연소효율의 향상으로써 로켓의 신뢰성과 성능의 향상을 기대할 수 있게 되었다.Therefore, the dispersion effect of the fuel and the oxidant in the form of fine particles can be improved independently, and the combustion efficiency can be expected to improve the reliability and performance of the rocket.
그러나 상기한 바와 같은 종래 모든 연료분사면판은 유체의 유속을 증가시킬만한 어떤 수단이 강구되어 있지 않았으며, 오히려 로켓헤드의 중심부로 갈수록 유체의 유속은 감소되고 압력은 증가하여 연료의 분사에 있어서 공간적 균일성을 확보할 수 없음은 물론 이로 인하여 로켓엔진의 성능저하로 이어진다는 문제점을 내포하게 되었다.However, all conventional fuel injection face plates as described above have not been devised to increase the flow velocity of the fluid. Rather, the flow velocity of the fluid decreases and the pressure increases toward the center of the rocket head, thereby increasing the space of the fuel injection. Not only can not secure uniformity, but this also leads to a problem that leads to a performance degradation of the rocket engine.
뿐만 아니라, 연료에 의한 연료 분사면판을 냉각시키는 효과 또한 저감되며, 연소면을 고르게 유지하지 못하게 되고, 따라서 국부적인 가열로 인한 온도편차를 유발한다는 다른 문제점도 있었다.In addition, the effect of cooling the fuel injecting plate by the fuel is also reduced, there is another problem that the combustion surface is not evenly maintained, thus causing a temperature deviation due to local heating.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술에 수반되는 제반 문제를 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유체의 유속을 제어하여 연료 분사면판을 냉각시키는 효과를 증대토록 하고, 가압력의 작용정도를 최소화시키며, 혼합연료의 공간적 균일성을 확보할 수 있게 되는, 냉각성능이 향상된 액체 로켓엔진의 연료 분사면판을 제공하려는데 있다.The present invention is to solve the problems associated with the prior art as described above, the object of the present invention is to control the flow rate of the fluid to increase the effect of cooling the fuel injection face plate, to minimize the degree of action of the pressing force The present invention aims to provide a fuel injection face plate of a liquid rocket engine with improved cooling performance, which can secure spatial uniformity of mixed fuel.
즉 본 발명의 목적은, 첫째 유체의 유속을 증가시키면서도 압력이 증가되지 않도록 함으로써, 연료의 분사에 있어서 공간적 균일성을 확보할 수 있게 됨은 물론, 이로 인하여 로켓엔진의 성능을 향상시킬 수 있게 되며, 둘째로는 연료에 의한 연료 분사면판을 냉각시키는 효과를 발하게 하여 연소면을 고르게 유지할 수 있도록 하고, 따라서 국부적인 가열로 인한 온도편차의 유발을 방지할 수도 있게 되는 냉각성능이 향상된, 액체 로켓엔진의 연료 분사면판을 제공하려는데 있다.That is, the object of the present invention, first, by increasing the flow rate of the fluid does not increase the pressure, it is possible to ensure the spatial uniformity in the injection of the fuel, thereby improving the performance of the rocket engine, Secondly, the liquid rocket engine, which improves the cooling performance which makes it possible to maintain the combustion surface evenly by cooling the fuel injection face plate by fuel and thus prevents the occurrence of temperature deviation due to local heating. It is to provide a fuel injection faceplate.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 산화제공급관과 연료공급관으로부터 공급된 산화제 및 연료를 연소실로 분사하기 위해 그 연소실 입구에 설치되는 액체 로켓엔진의 연료 분사면판에 있어서, 상기 산화제공급관의 출구측 공간과 상기 연소실 사이에 설치되어 양측 공간을 분할하는 상판과; 상기한 상판과 평행하게 상기 연소실 측에 설치되어 그 상판과의 사이에 상기 연료공급관과 연결된 공간을 형성하는 하판과; 상기 상판과 하판 사이의 공간을 분할하도록 이들 사이에 배치되 며, 그 외곽선단이 상기한 상판과 하판의 외곽선단 보다 내측에 위치되고 중앙 부위는 천공된 분할판과; 상기 상판과 하판 및 분할판의 상응하는 다수 위치에 뚫린 구멍에 끼워지며, 상기 산화제공급관의 출구와 상기 연소실을 연결하는 중공 및, 상기 상,하판 사이의 공간과 상기 연소실을 연결하는 통공이 형성된 다수개의 중공형 인젝터를 포함하는 액체 로켓엔진의 연료 분사면판을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the fuel injection face plate of the liquid rocket engine which is installed at the inlet of the combustion chamber for injecting the oxidant and fuel supplied from the oxidant supply pipe and the fuel supply pipe to the combustion chamber, the outlet side of the oxidant supply pipe An upper plate disposed between a space and the combustion chamber to divide both spaces; A lower plate disposed on the combustion chamber side in parallel with the upper plate to form a space connected to the fuel supply pipe between the upper plate and the upper plate; A partition plate disposed between them to divide the space between the upper plate and the lower plate, the outer edge of which is located inward of the upper edge of the upper plate and the lower plate, and the central portion of which is perforated; A plurality of holes formed in the holes drilled at the corresponding multiple positions of the upper plate, the lower plate and the divider plate, and a hollow connecting the outlet of the oxidant supply pipe and the combustion chamber, and a through hole connecting the space between the upper and lower plates and the combustion chamber. Provided are fuel injection face plates of a liquid rocket engine comprising two hollow injectors.
상기 각 인젝터의 상기 분할판과 하판 사이에 위치된 하단부에는 상기한 분할판을 하판으로부터 이격시켜 지지하기 위한 고정링이 각각 설치되고, 상기 통공은 상기 상판과 분할판 사이에 위치되는 상단부에 형성되며, 상기 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 큰 것으로 되어진다.Fixing rings are provided at the lower end portions disposed between the divider plates and the lower plates of the injectors, respectively, to support the divider plate from the lower plate, and the through hole is formed at the upper end portion positioned between the upper plate and the divider plate. The diameter of the upper end is larger than the diameter of the lower end.
또 본 발명에서는 상기한 다수개의 인젝터 각각이 공히, 상,하측이 개구된 원통형태로 형성되되, 상기 고정링이 중첩 결합되는 상태하에서 그 하측 단부가 상기한 하판의 해당하는 구멍으로 끼워지는 하단부와; 그 하단 외곽부위와 상기 고정링 상단 사이에 상기한 분할판 구멍의 선단 부위가 끼워져 고정되도록, 상기 하단부 보다 큰 직경으로 단차지게 이로부터 연장되며, 상판과 분할판 사이의 공간이 인젝터 내부의 공간과 연통되도록 복수개의 통공이 형성되는 상단부와; 상기 상판의 구멍에 끼워져서 이 상판 구멍의 선단 부위가 안착 상태하에서 고정되도록, 상기한 상단부 보다 작은 직경으로 단차지게 이로부터 연장되는 상부삽입단으로 이루어진다.In addition, in the present invention, each of the plurality of injectors is formed in a cylindrical shape, the upper and lower sides are opened, the lower end portion is inserted into the corresponding hole of the lower plate under the state that the fixing ring is overlapping and the lower plate and ; The step portion of the divider hole is inserted between the bottom outer portion and the upper end of the fixing ring so that the tip portion of the divider hole is stepped to a larger diameter than the lower portion, and the space between the top plate and the divider plate is spaced between the space inside the injector and An upper end portion formed with a plurality of through holes to communicate with each other; The upper insertion end extends therefrom stepped to a diameter smaller than the upper end so as to be inserted into the hole of the upper plate so that the tip portion of the upper plate hole is fixed under the seated state.
상기한 바와 같은 본 발명의 연료 분사면판은, 산화제공급관과 연료공급관을 통해 공급되는 산화제와 액체연료가 인젝터에 의해 혼합되면서 연소실로 분사되고, 상기 연소실 내부에서도 상기 산화제와 연료가 혼합된다.As described above, the fuel injection face plate of the present invention is injected into the combustion chamber while the oxidant and the liquid fuel supplied through the oxidant supply pipe and the fuel supply pipe are mixed by the injector, and the oxidant and the fuel are mixed in the combustion chamber.
특히 액체연료는 연료 분사면판의 외곽 위치로부터 상기 상판과 분할판 및 분할판과 하판 사이의 공간을 통하여 연료 분사면판의 중앙 위치로 유통된다.In particular, the liquid fuel is circulated from the outer position of the fuel injection face plate to the center position of the fuel injection face plate through the space between the upper plate and the divider plate and the divider plate and the lower plate.
이때, 연료 분사면판 중앙의 위치에서는 분할판과 하판 사이의 공간으로 흐르던 액체연료가 상판과 분할판 사이의 공간으로 U-턴하여 2회 흐를 수도 있으며, 이러한 액체연료의 흐름은 각 부위에서의 압력 상태에 따라 압력평형이 이루어질 수 있는 방향으로 조절되어진다.At this time, the liquid fuel flowing into the space between the divider and the lower plate may flow U-turn into the space between the upper plate and the divider at the position of the center of the fuel injection face plate, and the liquid fuel flows at twice the pressure. Depending on the condition, the pressure balance can be adjusted in the direction that can be achieved.
위에서와 같이, 연료 분사면판 전체 공간에서 액체연료가 고른 압력으로, 균일한 유속으로 흐르게 됨에 따라 액체연료와 산화제가 균일한 분포도로 혼합되고 분사됨은 물론, 액체연료에 의한 연료 분사면판의 냉각이 전체 부위에서 균일하게 이루어지게 된다.As above, as the liquid fuel flows at a uniform pressure and at a uniform flow rate in the entire space of the fuel injection face plate, the liquid fuel and the oxidant are mixed and injected in a uniform distribution, as well as cooling the fuel injection face plate by the liquid fuel as a whole. It is made uniform at the site.
아울러, 액체연료의 흐름 방향에 대한 반경방향으로의 유로 높이를 가감시키도록 헤드부 공간의 확장 설계에 따르는 로켓엔진의 크기 및 복잡한 구조의 문제를 원천적으로 해소할 수 있게 된다.In addition, it is possible to fundamentally solve the problem of the size and complicated structure of the rocket engine according to the expansion design of the head space to add or subtract the height of the flow path in the radial direction relative to the flow direction of the liquid fuel.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
일반적인 ‘연료분사면판’의 적용예를 보이기 위한 로켓엔진의 개략 단면도로 도시된 도 1에서와 같이 본 발명은, 산화제공급관(7)과 연료공급관(5)이 연결되는 공간이 로켓엔진(1) 헤드부(3) 상부가 되는 액체 로켓엔진(1)의 연료 분사면판(10)에 관련된다. 이하 본 발명의 연료 분사면판도 참조번호 10번으로 표기하여 설명한다.As shown in FIG. 1, which is a schematic cross-sectional view of a rocket engine for showing an application example of a general 'fuel jet plate', the space where the
도 6은 본 발명에 의한 액체 로켓엔진의 연료 분사면판 구성을 나타내기 위한 조립 상태의 부분 단면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 액체 로켓엔진의 연료 분사면판 구성을 나타내기 위한 조립 상태의 부분 사시도이며, 도 8은 본 발명에 의한 액체 로켓엔진의 연료분사면판 작용 상태를 나타내기 위한 반단면도이다.6 is a partial cross-sectional view of the assembled state for showing the fuel injection face plate configuration of the liquid rocket engine according to the present invention, Figure 7 is a partial perspective view of the assembled state for showing the fuel injection face plate configuration of the liquid rocket engine according to the present invention. 8 is a half sectional view for showing a fuel injection face plate working state of the liquid rocket engine according to the present invention.
도시된 바와 같이 상기 연료 분사면판(10)은, 상판(90)과 하판(95) 및 분할판(200) 그리고, 다수개의 인젝터(220)와 다수개의 고정링(210)으로 이루어진다.As illustrated, the fuel injection face
상기 상판(90)은, 상기한 산화제공급관(7;도 1 참조)이 연결되는 공간과 로켓엔진(1;도 1 참조) 블럭의 연소실(18;도 1 참조) 부분을 격리시키도록, 로켓엔진(1;도 1 참조) 블럭의 상부 내벽에 고정되어지며, 상기 하판(95)은 상기한 상판(90)과 평행하게 이격되도록 구비되어진다.The
상기 분할판(200)은, 상기한 상판(90)과 하판(95) 사이의 공간을 분할하도록 이들 사이에 배치되되, 그 외곽선단이 상기한 상판(90)과 하판(95)의 외곽선단 보다 내측에 위치되며 아울러, 그 중앙 부위가 천공된 디스크 형태의 것으로 형성된다.The dividing
상기 다수개의 인젝터(220) 각각은 공히, 상기 상판(90)과 하판(95)의 상응하는 다수 위치에 뚫린 구멍에 그 상,하단이 끼워져 고정되도록 구비되어지는 것으로, 하단부(224)와 상단부(222) 및 상부삽입단(226)으로 구분되는, 상,하측이 개구된 원통형태의 것으로 이루어진다.Each of the plurality of
즉, 상기 하단부(224)가 상기한 고정링(210)이 중첩 결합되는 상태하에서 그 하측 단부가 상기한 하판(95)의 해당하는 구멍으로 끼워지는 것으로 되어 있고, 이와 같은 하단부(224)보다 큰 직경으로 단차지도록 이로부터 상기한 상단부(222)가 연장되어지는 것이다.That is, the
위에서와 같은 상단부(222)는, 그 하단 외곽부위와 상기 고정링(210) 상단 사이에 상기한 분할판(200) 구멍의 선단 부위가 끼워져 고정되어지는 것이며, 상기 상판(90)과 분할판(200) 사이의 공간이 인젝터(220) 내부의 공간과 연통되도록 복수개의 통공(228a)(228b)이 형성된다.The
한편, 상기 상부삽입단(226)은 상기한 상판(90)의 구멍에 끼워져서 이 상판(90) 구멍의 선단 부위가 안착 상태하에서 고정되도록, 상기한 상단부(222) 보다 작은 직경으로 단차지게 이로부터 연장되어진다. 그리고 상기 상부삽입단(226)은 측면에 중공(미도시)이 형성된다. 상기 중공은 상기 산화제공급관의 출구와 상기 연소실을 연결한다.On the other hand, the
또한, 상기 다수개의 고정링(210)은 상기한 다수개의 인젝터(220) 각각의 위치에서 상기 분할판(200)을 하판(95)으로부터 지지할 수 있도록 인젝터(220)와 중첩되는 상태의 것으로 구비된다.In addition, the plurality of fixing
상기한 바와 같은 본 발명의 연료 분사면판(10)은, 산화제공급관(7)과 연료공급관(5)을 통해 공급되는 산화제와 액체연료를 인젝터(220)에 의해 혼합되면서 연소실(18)로 분사시킨다.As described above, the fuel injection face
특히, 연료공급관(5)을 통해 공급되는 액체연료는 연료 분사면판(10)의 외곽 위치(도 8의‘a’구간)로부터 상기 상판(90)과 분할판(200) 및 분할판(200)과 하판(95) 사이의 공간을 통하여 연료 분사면판(10)의 중앙 위치로 유통되는데 이때, 연료 분사면판(10) 중앙의 위치(도 8의‘b’구간)에서는 분할판(200)과 하판(95) 사이의 공간으로 흐르던 액체연료가 상판(90)과 분할판(200) 사이의 공간으로 U-턴하여 2회 흐를 수도 있으며, 이러한 액체연료의 흐름은 각 부위에서의 압력 상태에 따라 압력평형이 이루어질 수 있는 방향으로 조절되어진다.In particular, the liquid fuel supplied through the
상기한 바와 같이, 연료 분사면판(10) 전체 공간에서 액체연료가 고른 압력으로, 균일한 유속으로 흐르게 됨에 따라 액체연료와 산화제가 균일한 분포도로 혼합되고 분사됨은 물론, 액체연료에 의한 연료 분사면판(10)의 냉각이 전체 부위에서 균일하게 이루어지게 되며 아울러, 액체연료의 흐름 방향에 대한 반경방향으로의 유로 높이를 가감시키도록 헤드부(3) 공간의 확장 설계에 따르는 로켓엔진(1)의 크기 및 복잡한 구조의 문제를 해소할 수 있게 된다.As described above, as the liquid fuel flows at a uniform pressure and at a uniform flow rate in the entire space of the fuel injection face
상기한 바와 같은 본 발명은, 첫째 유체의 유속을 증가시키면서도 압력이 증가되지 않도록 함으로써, 연료의 분사에 있어서 공간적 균일성을 확보할 수 있게 된다는 효과를 제공한다.The present invention as described above provides the effect that, by increasing the flow rate of the first fluid and not increasing the pressure, it is possible to ensure spatial uniformity in the injection of the fuel.
본 발명은 둘째, 액체연료의 균일한 분포 및 분사로 인하여 로켓엔진의 성능을 향상시킬 수 있게 되며, 셋째로는 연료에 의한 연료 분사면판을 냉각시키는 효과를 발하게 하여 연소면을 고르게 유지할 수 있도록 하는 유용한 효과를 제공한다.Second, the present invention can improve the performance of the rocket engine due to the uniform distribution and injection of liquid fuel, and thirdly, to maintain the combustion surface evenly by producing the effect of cooling the fuel injection face plate by the fuel. Provide a useful effect.
본 발명은 궁극적으로 국부적인 가열로 인한 온도편차의 유발을 방지할 수 있는 효과를 제공하며, 아울러, 액체연료의 흐름 방향에 대한 반경방향으로의 유로 높이를 가감시키도록 헤드부 공간의 확장 설계에 따르는 로켓엔진의 크기 및 복잡 한 구조의 문제를 해소할 수도 있다는 다른 효과도 제공한다.The present invention ultimately provides the effect of preventing the occurrence of a temperature deviation due to local heating, and also in the expansion design of the head space to add or subtract the radial flow path height relative to the flow direction of the liquid fuel. Another effect is that it can solve the problem of the size and complex structure of the following rocket engine.
상기한 바와 같이 설명된 본 발명은 바람직한 실시예에 불과한 것으로, 본 발명의 적용범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며 동일사상의 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.The present invention described as described above is merely a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited to the above, but may be appropriately changed within the scope of the same idea.
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KR101013934B1 (en) * | 2008-09-16 | 2011-02-14 | 한국항공우주연구원 | Liquid rocket engine injector head |
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2004
- 2004-12-01 KR KR1020040099635A patent/KR100654966B1/en not_active IP Right Cessation
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