KR101409940B1

KR101409940B1 - 액체 추진제를 사용하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치

Info

Publication number: KR101409940B1
Application number: KR1020130005055A
Authority: KR
Inventors: 정영석
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2014-06-20

Abstract

본 발명은 엔진 시동시 주연소기로의 급격한 추진제 공급에 의한 펌프의 입구측 라인의 급격한 압력 강하를 막을 수 있도록 유량을 제어할 수 있는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치는, 라인을 따라 주연소기로 흐르는 추진제의 유량을 조절하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치로, 상기 라인에 연통되게 구비되는 밸브 하우징; 상기 밸브 하우징 내에 구비되며 측면에 적어도 하나의 통과공이 형성된 유량 조절 슬리브; 상기 유량 조절 슬리브에 슬라이딩 가능하게 구비되어 상기 통과공의 개도량을 조절하는 밸브 몸체; 및 상기 밸브 몸체를 구동시키는 구동 유닛을 포함한다.

Description

액체 추진제를 사용하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치{Flow control apparatus of turbo-pump type engine for rocket using liquid type propellant}

본 발명은 액체 추진제를 사용하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액체 추진제를 사용하는 로켓용 터보펌프식 엔진은 가스발생기에서 생성된 고온의 가스를 이용하여 산화제 및 연료를 고압 상태로 주연소기에 보내 추력을 생성하는 것이다.

이러한 액체 추진제를 사용하는 로켓용 터보펌프식 엔진은, 도 1에 도시된 바와 같이, 산화제와 연료를 연소시키는 주연소기(11), 산화제를 주연소기(11)로 안내하는 메인 산화제 라인(12), 연료를 주연소기(11)로 안내하는 메인 연료 라인(13), 고온 고압의 가스를 발생시키는 가스 발생기(14), 산화제의 일부를 가스 발생기(14)로 안내하는 보조 산화제 라인(15), 연료의 일부를 가스 발생기(14)로 안내하는 보조 연료 라인(16), 가스 발생기(14)의 고온 고압의 가스에 의해 회전되는 터빈(17), 터빈(17)과 단일축으로 연동되는 산화제 펌프(18) 및 연료 펌프(19)를 포함한다.

나아가, 액체 추진제를 사용하는 로켓용 터보펌프식 엔진은, 도 1에 도시된 바와 같이, 주연소기(11)로 안내되는 산화제를 온-오프시키는 메인 산화제 개폐 밸브(12a), 주연소기(11)로 안내되는 연료를 온-오프시키는 메인 연료 개폐 밸브(13a), 가스 발생기(14)로 안내되는 산화제를 온-오프시키는 보조 산화제 개폐 밸브(15a), 가스 발생기(14)로 안내되는 연료를 온-오프시키는 보조 연료 개폐 밸브(16a), 및 도면 부호 "17a"는 터빈(17)을 통과한 가스를 외부로 배출하는 가스 토출관(17a)이다. 미 설명된 도면 부호 "21"은 추력 오차를 보정하기 위한 보정 밸브들이고, 도면 부호 "22"는 터빈 스타터(turbine starter)이다.

이하, 도 1을 다시 참조하여, 액체 추진제를 사용하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 시동 과정을 살펴보면 다음과 같다.

터빈 스타터(22)로 터빈(17)를 먼저 구동시켜 산화제 펌프(18) 및 연료 펌프(19)에 의해 압력이 상승된 상태를 만든다. 이 상태에서, 보조 산화제 밸브(15a)와 보조 연료 밸브(16a)를 개방하여 산화제와 연료(이하, "추진제" 라 함)를 가스 발생기(14)로 공급한다. 공급된 추진제는 가스 발생기(14)에서 연소하여 연소 가스를 발생시키고 고온의 연소 가스는 다시 터빈(17)을 구동하여 산화제 펌프(18) 및 연료 펌프(19)(이하, 산화제 펌프와 연료 펌프를 총칭하여 "펌프"라 함)를 회전시킨다. 본격적으로, 가스 발생기(14)를 구동시켜 펌프(18, 19)가 어느 정도의 압력을 생성하였을 때 메인 산화제 밸브(12a) 및 메인 연료 밸브(13a)(이하, 메인 산화제 밸브와 메인 연료 밸브를 총칭하여 "메인 밸브"라 함)를 개방하여 추진제를 주연소기(11)로 공급한다. 공급된 추진제는 주연소기(11)에서 연소하여 고온의 가스로 노즐을 통해 외부로 배출된다. 이 과정을 통해 엔진은 시동된다.

그런데, 시동 과정에서 펌프(18, 19)가 어느 정도의 압력이 생성된 후 메인 밸브(12a, 13a)를 고속으로 개방하게 되면 대기압과 동일한 상태의 주연소기(11)로 추진제가 순간 급격히 공급되게 된다. 이 때, 펌프(18, 19)의 입구에서도 추진제가 급격히 이동하는 현상이 발생하게 되므로, 펌프(18, 19)의 입구의 정압이 추진제의 증기압 이하로 급격히 떨어지는 현상이 발생한다. 펌프(18, 19)의 입구의 압력이 증기압 이하로 떨어지게 되면 추진제는 순간 기화가 되어 기포를 발생시킨다. 이렇게 생성된 기포는 펌프(18, 19)로 유입되어 펌프(18, 19)의 날개와 충돌하게 되고, 경우에 따라서는 펌프(18, 19)의 날개가 파손되는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 기존의 로켓용 터보펌프식 엔진은, 시동 시퀀스를 수정하여 펌프(18, 19)의 입구 압력이 급상승하기 전부터 메인 밸브(12a, 13a)를 개방하여 주연소기(11)로 공급되는 추진제가 순간 급격히 공급되는 것을 막는 방법을 채용하였다. 그러나, 이 방법의 경우, 잘못하면 가스 발생기(14)로 공급되는 추진제를 충분히 공급하지 못하는 문제가 생길 수 있어 시동 과정에서 엔진이 정지될 가능성이 존재한다.

기존의 로켓용 터보펌프식 엔진에 사용되고 있는 메인 밸브(12a, 13a)는 단순 on-off 개념의 밸브이므로 이를 가지고 유량을 조절할 수도 없는 실정이다.

본 발명의 기술적 과제는, 엔진 시동시 주연소기로의 급격한 추진제 공급에 의한 펌프의 입구측 라인의 급격한 압력 강하를 막을 수 있도록 유량을 제어할 수 있는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치는, 라인을 따라 주연소기로 흐르는 추진제의 유량을 조절하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치로, 상기 라인에 연통되게 구비되는 밸브 하우징; 상기 밸브 하우징 내에 구비되며 측면에 하나 이상의 통과공이 형성된 유량 조절 슬리브; 상기 유량 조절 슬리브에 슬라이딩 가능하게 구비되어 상기 하나 이상의 통과공의 개도량을 조절하는 밸브 몸체; 및 상기 밸브 몸체를 구동시키는 구동 유닛을 포함한다.

일 예로, 상기 하나 이상의 통과공은 상기 밸브 몸체가 뒤로 이동할수록 그 폭이 점점 넓어지는 형상을 가질 수 있다.

다른 예로, 상기 하나 이상의 통과공은 상기 밸브 몸체가 뒤로 이동할수록 그 폭이 서서히 넓어지다가 중반부에서 급격하게 넓어지는 형상을 가질 수 있다.

또 다른 예로, 상기 하나 이상의 통과공은 상기 밸브 몸체가 뒤로 이동되는 동안 그 폭이 일정한 형상을 가질 수 있다.

상기 구동 유닛은, 상기 밸브 몸체에 연동되는 제1 피스톤; 상기 제1 피스톤이 슬라이딩 가능하게 구비되며 상기 제1 피스톤의 전단과의 사이에 작동 유체로 채워지는 제1 실린더; 상기 제1 실린더 중 상기 작동 유체로 채워진 부분과 연통되는 제2 실린더; 상기 제2 실린더에 슬라이딩 가능하게 구비되며 상기 제1 피스톤이 전진하여 상기 작동 유체를 밀면 후퇴하는 제2 피스톤; 및 상기 제1 또는 제2 실린더에 선택적으로 고압 가스를 제공하여 상기 제1 또는 제2 피스톤을 선택적으로 미는 가압부를 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 실린더는 연통 유닛에 의해 연통될 수 있고, 상기 연통 유닛은, 상기 제1 및 제2 실린더를 연결하는 제1 연결 파이프; 상기 제1 연결 파이프에 구비되며 상기 제2 실린더로만 상기 작동 유체의 흐름을 허락하는 제1 체크 밸브; 상기 제1 및 제2 실린더를 연결하는 제2 연결 파이프; 및 상기 제2 연결 파이프에 구비되며 상기 제1 실린더로만 상기 작동 유체의 흐름을 허락하는 제2 체크 밸브를 포함할 수 있다.

상기 연통 유닛은 상기 제1 및 제2 연결 파이프 중 어느 하나의 연결 파이프가 상기 통과공이 열리도록 상기 밸브 몸체를 후퇴시키는데 기여할 경우, 상기 후퇴시키는데 기여하는 연결 파이프에 구비되어 상기 작동 유체의 속도를 조절하는 오리피스를 더 포함할 수 있다.

상기 밸브 몸체와 상기 제1 피스톤은 동력 전달 유닛에 의해 연동될 수 있다.

상기 동력 전달 유닛은, 상기 밸브 몸체에 구비되는 제1 랙; 상기 제1 랙에 기어 결합되는 제1 피니언; 상기 제1 피니언과 동축 연결되는 제2 피니언; 상기 제2 피니언에 기어 결합되며 상기 제1 피스톤에 구비되는 제2 랙; 및 상기 제1 및 제2 피니언을 각각 회전 가능하게 지지하는 지지 부재를 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 랙이 서로 반대 방향으로 직선 운동되도록, 상기 제1 및 제2 랙은 서로 반대로 놓여 상기 제1 및 제2 피니언에 각각 기어 결합될 수 있다.

상기 가압부는, 고압 가스를 공급하는 고압 가스 공급원; 상기 고압 가스 공급원과 상기 제1 실린더에 연결되는 제1 고압 가스관; 상기 제1 고압 가스관에 구비되어 상기 제1 실린더로 상기 고압 가스를 공급하거나 상기 제1 실린더의 고압 가스를 외부로 방출시키는 제1 삼방변; 상기 고압 가스 공급원과 상기 제2 실린더에 연결되는 제2 고압 가스관; 및 상기 제2 고압 가스관에 구비되어 상기 제2 실린더로 상기 고압 가스를 공급하거나 상기 제2 실린더의 고압 가스를 외부로 방출시키는 제2 삼방변을 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치는, 상기 통과공이 완전히 닫히는 방향으로 상기 밸브 몸체가 이동될 경우 상기 밸브 몸체의 단부가 밀착되도록 상기 밸브 하우징에 구비되는 밸브 시트를 더 포함할 수 있다.

상기 구동 유닛은, 상기 제1 피스톤과 상기 제1 실린더 사이에 구비되어 상기 밸브 몸체가 닫혀 있도록 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 더 포함할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 유량 조절 슬리브, 밸브 몸체 및 구동 유닛을 이용한 유량 조절을 통해, 엔진 시동시 주연소기로의 급격한 추진제 공급에 의한 펌프의 입구측 라인의 급격한 압력 강하를 막을 수 있다. 궁극적으로, 추진제의 기화로 인한 펌프의 날개 손상을 미연에 막을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 통과공이 다양한 형상을 가지므로 밸브 몸체의 궤도(이동 위치)에 따라 다양한 개도량을 제공할 수 있어 추진제의 유량 조절을 최적화할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 오리피스를 포함하는 구동 유닛에 의해 시간 조절이 가능하므로, 시간에 따른 유량이 조절이 가능할 수 있다.

도 1은 기존의 액체 추진제를 사용하는 로켓용 터보펌프식 엔진을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치 중 유량 조절 슬리브의 통과공의 일 형태를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2의 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치 중 유량 조절 슬리브의 통과공의 다른 형태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 2의 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치 중 유량 조절 슬리브의 통과공의 또 다른 형태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 2의 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치에 의해 주연소기를 향하는 라인이 완전히 열린 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 2의 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치에 의해 주연소기를 향하는 라인이 완전히 닫힌 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 라인(도 1의 12 또는 13)을 따라 주연소기(도 1의 11)로 흐르는 추진제의 유량을 조절하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치로, 밸브 하우징(100)과, 유량 조절 슬리브(200)와, 밸브 몸체(300)와, 그리고 구동 유닛(400)을 포함한다.

밸브 하우징(100)은 라인(12 또는 13)에 연통되게 구비된다. 특히, 밸브 하우징(100)은 라인(12 또는 13)과 기밀을 유지하게 된다.

유량 조절 슬리브(200)는 밸브 하우징(100) 내에 구비되며 측면에 적어도 하나의 통과공(201)이 형성된다. 이러한 유량 조절 슬리브(200)는 그 내주면에서 밸브 몸체(300)가 이동되도록 속이 빈 원통 형상을 할 수 있다. 또한, 밸브 몸체(300)의 이동에 따라 유량 조절 슬리브(200)의 통과공(201)의 개방 량이 조절되면서 유량이 조절된다. 이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 유량 조절 슬리브(200)의 통과공(201)에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 도 2의 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치 중 유량 조절 슬리브의 통과공의 일 형태를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 2의 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치 중 유량 조절 슬리브의 통과공의 다른 형태를 나타낸 사시도이며, 그리고 도 5는 도 2의 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치 중 유량 조절 슬리브의 통과공의 또 다른 형태를 나타낸 사시도이다.

일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 유량 조절 슬리브(200)의 통과공(201)은 밸브 몸체(300)가 열리는 방향인 뒤로 이동할수록 그 폭이 점점 넓어지는 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 유량 조절 슬리브(200)를 전개시켜 보았을 때 통과공(201)은 옆으로 누운 형태의 삼각 형상을 가질 수 있다. 따라서, 밸브 몸체(300)의 궤도(즉, 이동 위치)에 따라 밸브 몸체(300)가 뒤로 갈수록 유량 증가가 점점 가파른 형태를 그릴 수 있다.

다른 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 유량 조절 슬리브(2200)의 통과공(2201)은 밸브 몸체(300)가 뒤로 이동할수록 그 폭이 서서히 넓어지다가 중반부에서 급격하게 넓어지는 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 유량 조절 슬리브(2200)를 전개시켜 보았을 때 통과공(2201)은 옆으로 누운 형태의 삼각 형상을 갖되 그 빗면이 포물선 형태로 오목하게 들어간 형상을 가질 수 있다. 따라서, 밸브 몸체(300)의 궤도(즉, 이동 위치)에 따라 밸브 몸체(300)가 뒤로 갈수록 유량 증가가 서서히 증가하다가 중반부에서 점점 가파른 형태를 그릴 수 있다.

또 다른 예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 유량 조절 슬리브(3200)의 통과공(3201)은 밸브 몸체(300)가 뒤로 이동되는 동안 그 폭이 일정한 형상을 가질 수 있다. 다시 말해, 유량 조절 슬리브(3200)를 전개시켜 보았을 때 통과공(3201)은 옆으로 누운 형태의 사각 형상을 가질 수 있다. 따라서, 밸브 몸체(300)의 궤도(즉, 이동 위치)에 따라 밸브 몸체(300)가 뒤로 갈수록 유량 증가가 일정한 증가되는 형태를 그릴 수 있다.

따라서, 이러한 다양한 형태의 통과공(201)(2201)(3201)을 갖는 유량 조절 슬리브(200)(2200)(3200)를 적절히 선택하여 밸브 몸체(300)의 궤도에 따라 추진제의 유량 조절을 최적화할 수 있다.

이하, 도 2를 다시 참조하여, 상술한 밸브 몸체(300)에 대해 상세히 설명한다.

밸브 몸체(300)는 유량 조절 슬리브(200)에 슬라이딩 가능하게 구비되어 통과공(201)의 개도량을 조절한다. 예를 들어, 밸브 몸체(300)는 상술한 유량 조절 슬리브(200)의 형상에 따라 형상이 결정될 수 있으며, 유량 조절 슬리브(200)가 속이 빈 원통 형상을 가질 경우 밸브 몸체(300) 또한 원통 형상을 가질 수 있다.

이하, 도 2를 다시 참조하여, 상술한 구동 유닛(400)에 대해 상세히 설명한다.

구동 유닛(400)은 밸브 몸체(300)를 구동시키는 것으로, 액추에이터(actuator), 모터(motor), 유압 실린더(hydraulic cylinder) 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.

일 예로, 구동 유닛(400)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 피스톤(410)과, 제1 실린더(420)와, 제2 실린더(430)와, 제2 피스톤(440)과, 그리고 가압부(450)를 포함할 수 있다. 제1 피스톤(410)은 밸브 몸체(300)에 연동되고, 제1 실린더(420)는 제1 피스톤(410)이 슬라이딩 가능하게 구비되며 제1 피스톤(410)의 전단과의 사이에 작동 유체(PF)로 채워진다. 제2 실린더(430)는 제1 실린더(420) 중 작동 유체(PF)로 채워진 부분과 연통되고, 제2 피스톤(440)은 제2 실린더(430)에 슬라이딩 가능하게 구비되며 제1 피스톤(410)이 전진하여 작동 유체(PF)를 밀면 후퇴한다. 가압부(450)는 제1 또는 제2 실린더(420)(430)에 선택적으로 고압 가스를 제공하여 제1 또는 제2 피스톤(410)(440)을 선택적으로 민다.

예를 들어, 가압부(450)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 고압 가스를 공급하는 고압 가스 공급원(451)과, 고압 가스 공급원(451)과 제1 실린더(420)에 연결되는 제1 고압 가스관(452)과, 제1 고압 가스관(452)에 구비되어 제1 실린더(420)로 고압 가스를 공급하거나 제1 실린더(420)의 고압 가스를 외부로 방출시키는 제1 삼방변(453)과, 고압 가스 공급원(451)과 제2 실린더(430)에 연결되는 제2 고압 가스관(454)과, 그리고 제2 고압 가스관(454)에 구비되어 제2 실린더(430)로 고압 가스를 공급하거나 제2 실린더(430)의 고압 가스를 외부로 방출시키는 제2 삼방변(455)을 포함할 수 있다.

또한, 상술한 구동 유닛(400)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 탄성 부재(480)를 더 포함할 수 있다. 특히, 탄성 부재(480)는 제1 피스톤(410)과 제1 실린더(420) 사이에 구비되어 밸브 몸체(300)가 닫혀 있도록 탄성력을 제공한다.

나아가, 상술한 제1 및 제2 실린더(420)(430)는 연통 유닛(460)에 의해 연통될 수 있다. 예를 들어, 연통 유닛(460)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 연결 파이프(461)와, 제1 체크 밸브(462)와, 제2 연결 파이프(463)와, 그리고 제2 체크 밸브(464)를 포함할 수 있다. 제1 연결 파이프(461)는 제1 및 제2 실린더(420)(430)를 연결하고, 제1 체크 밸브(462)는 제1 연결 파이프(461)에 구비되며 제2 실린더(430)로만 작동 유체(PF)의 흐름을 허락한다. 제2 연결 파이프(463)는 제1 및 제2 실린더(420)(430)를 연결하고, 제2 체크 밸브(464)는 제2 연결 파이프(463)에 구비되며 제1 실린더(420)로만 상기 작동 유체(PF)의 흐름을 허락한다.

이와 더불어, 상술한 연통 유닛(460)은 오리피스(465)를 더 포함할 수 있다. 특히, 오리피스(465)는 제1 및 제2 연결 파이프(461)(463) 중 어느 하나의 연결 파이프가 상술한 통과공(201)이 열리도록 밸브 몸체(300)를 후퇴시키는데 기여할 경우, 상기 후퇴시키는데 기여하는 연결 파이프(462 참조)에 구비되어 작동 유체(PF)의 속도를 조절한다. 따라서, 밸브 몸체(300)가 열릴 때에는 오리피스(465)에 의해 서서히 라인(12 또는 13)이 개방될 수 있고, 밸브 몸체(300)가 닫힐 때는 빨리 라인(12 또는 13)이 폐쇄될 수 있도록 동작 구현이 가능하게 된다.

나아가, 밸브 몸체(300)와 제1 피스톤(410)은 동력 전달 유닛(470)에 의해 연동될 수 있다. 이러한 동력 전달 유닛(470)은 기어(gear), 풀리-벨트(pulley-belt) 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.

일예로, 동력 전달 유닛(470)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 랙(471)(first rack)과, 제1 피니언(472)(first pinion)과, 제2 피니언(473)(second pinion)과, 제2 랙(474)(second rack)과, 그리고 지지 부재(475)를 포함할 수 있다. 제1 랙(471)은 밸브 몸체(300)에 구비되고, 제1 피니언(472)은 제1 랙(471)에 기어 결합된다. 제2 피니언(473)은 제1 피니언(472)과 동축 연결되고, 제2 랙(474)은 제2 피니언(473)에 기어 결합되며 상술한 제1 피스톤(410)에 끝단이 고정된다. 지지 부재(475)는 밸브 하우징(100)과 제1 실린더(420)에 결합될 수 있으며 제1 및 제2 피니언(472)(473)을 각각 회전 가능하게 지지한다.

특히, 상술한 제1 및 제2 랙(471)(474)이 서로 반대 방향으로 직선 운동되도록, 제1 및 제2 랙(471)(474)은 서로 반대로 놓여 제1 및 제2 피니언(472)(473)에 각각 기어 결합될 수 있다.

이와 더불어, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 밸브 시트(500)를 더 포함할 수 있다. 특히, 밸브 시트(500)는 통과공(201)이 완전히 닫히는 방향으로 밸브 몸체(300)가 이동될 경우 밸브 몸체(300)의 단부가 이에 밀착되도록 밸브 하우징(100)에 구비될 수 있다.

이하, 도 2, 도 6 및 도 7를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치의 동작 과정을 설명한다.

도 6은 도 2의 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치에 의해 주연소기를 향하는 라인이 완전히 열린 상태를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 2의 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치에 의해 주연소기를 향하는 라인이 완전히 닫힌 상태를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 라인(12 또는 13)이 본 발명의 유량 조절 장치에 의해 완전히 닫힌 상태에 있는 경우에는, 밸브 몸체(300)는 탄성 부재(480)에 의해 밸브 시트(500)에 적정 힘으로 눌리면서 밸브 시트(500)와 기밀을 유지한다. 특히, 펌프(도 1의 18 또는 19)의 후단 압력[즉, 밸브 하우징(100)의 입구 압력]이 상승하더라도 탄성 부재(480)의 탄성력에 의해 밸브 몸체(300)가 뒤로 후퇴되지 않게 된다. 나아가, 제2 삼방변(455)의 조절로 제2 고압 가스관(454)을 통해 유입되는 고압 가스 공급원(451)의 고압 가스의 압력은 상술한 탄성 부재(480)의 탄성력과 더불어서 밸브 몸체(300)를 닫힌 상태로 유지할 수 있다.

원하는 시점에서 라인(12 또는 13)의 개방을 시작하고 싶을 때는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 고압 가스관(452)을 통해 고압 가스 공급원(451)의 고압 가스가 공급되도록 제1 삼방변(453)을 조절하고, 제2 실린더(430)의 고압 가스가 제2 고압 가스관(454)을 통해 외부로 배출되도록 제2 삼방변(455)을 조절한다. 이와 같이 할 경우, 고압 가스는 제1 피스톤(410)을 밀고, 작동 유체(PF)는 오리피스(465)와 제1 체크 밸브(462)를 통해 제1 실린더(420)에서 제2 실린더(430)로 이동하게 된다. 이와 동시에, 제2 랙(474)이 도 6을 기준으로 좌측으로 이동되고 제2 피니언(473) 및 제1 피니언(472)이 회전되면서 제1 랙(471)이 도 6을 기준으로 우측으로 이동되어 밸브 몸체(300)을 도 6을 기준으로 우측으로 이동시킨다. 이 과정에서, 제1 실린더(420)에서 제2 실린더(430)로 이동하는 작동 유체(PF)의 속도를 오리피스(465)로 조절함으로써 밸브 몸체(300)에 의한 통과공(201)의 완전 개방 시간을 조절할 수 있다. 또한, 통과공(201)이 다양한 형상을 가지므로 밸브 몸체(300)의 궤도(이동 위치)에 따라 다양한 개도량을 제공할 수 있어 추진제의 유량 조절을 최적화할 수 있다. 참고로, 통과공(201)의 형상은 최적의 유량 조절이 가능하도록 결정될 수 있다.

엔진 정지 시 명령에 의해 라인(12 또는 13)을 폐쇄할 때에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 고압 가스관(454)을 통해 고압 가스 공급원(451)의 고압 가스가 제2 실린더(430)로 공급되도록 제2 삼방변(455)을 조절하고, 제1 실린더(420)의 고압 가스가 제1 고압 가스관(452)을 통해 외부로 배출되도록 제1 삼방변(453)을 조절한다. 이와 같이 할 경우, 고압 가스는 제1 피스톤(410)을 당기고, 작동 유체(PF)는 제2 체크 밸브(464)를 통해 제2 실린더(430)에서 제1 실린더(420)로 이동하게 된다. 이와 동시에, 제2 랙(474)이 도 7을 기준으로 우측으로 이동되고 제2 피니언(473) 및 제1 피니언(472)이 회전되면서 제1 랙(471)이 도 7을 기준으로 좌측으로 이동되어 밸브 몸체(300)을 도 7을 기준으로 좌측으로 이동시켜, 통과공(201)을 완전히 폐쇄시킨다. 여기서, 폐쇄 속도는 제2 실린더(430)에서 제1 실린더(420)로 가는 작동 유체(PF)의 유로를 크게 하면 최대한 증가시킬 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 유량 조절 슬리브(200), 밸브 몸체(300) 및 구동 유닛(400)을 이용한 유량 조절을 통해, 엔진 시동시 주연소기(도 1의 11)로의 급격한 추진제 공급에 의한 펌프(도 1의 18 또는 19)의 입구측 라인의 급격한 압력 강하를 막을 수 있다. 궁극적으로, 추진제의 기화로 인한 펌프(도 1의 18 또는 19)의 날개 손상을 미연에 막을 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 통과공(201)이 다양한 형상을 가지므로 밸브 몸체(300)의 궤도(이동 위치)에 따라 다양한 개도량을 제공할 수 있어 추진제의 유량 조절을 최적화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 오리피스(465)를 포함하는 구동 유닛(400)에 의해 시간 조절이 가능하므로, 시간에 따른 유량이 조절이 가능할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

11: 주연소기 12, 13: 라인
100: 밸브 하우징 200: 유량 조절 슬리브
201: 통과공 300: 밸브 몸체
400: 구동 유닛 410: 제1 피스톤
420: 제1 실린더 430: 제2 실린더
440: 제2 피스톤 450: 가압부
451: 고압 가스 공급원 452: 제1 고압 가스관
453: 제1 삼방변 454: 제2 고압 가스관
455: 제2 삼방변 460: 연통 유닛
461: 제1 연결 파이프 462: 제1 체크 밸브
463: 제2 연결 파이프 464: 제2 체크 밸브
465: 오리피스 470: 동력 전달 유닛
471: 제1 랙 472: 제1 피니언
473: 제2 피니언 474: 제2 랙
475: 지지 부재 480: 탄성 부재
500; 밸브 시트 PF: 작동 유체

Claims

삭제
라인을 따라 주연소기로 흐르는 추진제의 유량을 조절하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치로,
상기 라인에 연통되게 구비되는 밸브 하우징;
상기 밸브 하우징 내에 구비되며 측면에 하나 이상의 통과공이 형성된 유량 조절 슬리브;
상기 유량 조절 슬리브에 슬라이딩 가능하게 구비되어 상기 하나 이상의 통과공의 개도량을 조절하는 밸브 몸체; 및
상기 밸브 몸체를 구동시키는 구동 유닛을 포함하고,
상기 하나 이상의 통과공은 상기 밸브 몸체가 뒤로 이동할수록 그 폭이 점점 넓어지는 형상을 갖는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치.
라인을 따라 주연소기로 흐르는 추진제의 유량을 조절하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치로,
상기 라인에 연통되게 구비되는 밸브 하우징;
상기 밸브 하우징 내에 구비되며 측면에 하나 이상의 통과공이 형성된 유량 조절 슬리브;
상기 유량 조절 슬리브에 슬라이딩 가능하게 구비되어 상기 하나 이상의 통과공의 개도량을 조절하는 밸브 몸체; 및
상기 밸브 몸체를 구동시키는 구동 유닛을 포함하고,
상기 하나 이상의 통과공은 상기 밸브 몸체가 뒤로 이동할수록 그 폭이 서서히 넓어지다가 중반부에서 급격하게 넓어지는 형상을 갖는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치.
삭제
라인을 따라 주연소기로 흐르는 추진제의 유량을 조절하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치로,
상기 라인에 연통되게 구비되는 밸브 하우징;
상기 밸브 하우징 내에 구비되며 측면에 하나 이상의 통과공이 형성된 유량 조절 슬리브;
상기 유량 조절 슬리브에 슬라이딩 가능하게 구비되어 상기 하나 이상의 통과공의 개도량을 조절하는 밸브 몸체; 및
상기 밸브 몸체를 구동시키는 구동 유닛을 포함하고,
상기 구동 유닛은
상기 밸브 몸체에 연동되는 제1 피스톤;
상기 제1 피스톤이 슬라이딩 가능하게 구비되며 상기 제1 피스톤의 전단과의 사이에 작동 유체로 채워지는 제1 실린더;
상기 제1 실린더 중 상기 작동 유체로 채워진 부분과 연통되는 제2 실린더;
상기 제2 실린더에 슬라이딩 가능하게 구비되며 상기 제1 피스톤이 전진하여 상기 작동 유체를 밀면 후퇴하는 제2 피스톤; 및
상기 제1 또는 제2 실린더에 선택적으로 고압 가스를 제공하여 상기 제1 또는 제2 피스톤을 선택적으로 미는 가압부를 포함하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치.
제5항에서,
상기 제1 및 제2 실린더는 연통 유닛에 의해 연통되고,
상기 연통 유닛은
상기 제1 및 제2 실린더를 연결하는 제1 연결 파이프;
상기 제1 연결 파이프에 구비되며 상기 제2 실린더로만 상기 작동 유체의 흐름을 허락하는 제1 체크 밸브;
상기 제1 및 제2 실린더를 연결하는 제2 연결 파이프; 및
상기 제2 연결 파이프에 구비되며 상기 제1 실린더로만 상기 작동 유체의 흐름을 허락하는 제2 체크 밸브를 포함하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치.
제6항에서,
상기 연통 유닛은
상기 제1 및 제2 연결 파이프 중 어느 하나의 연결 파이프가 상기 통과공이 열리도록 상기 밸브 몸체를 후퇴시키는데 기여할 경우, 상기 후퇴시키는데 기여하는 연결 파이프에 구비되어 상기 작동 유체의 속도를 조절하는 오리피스를 더 포함하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치.
제5항에서,
상기 밸브 몸체와 상기 제1 피스톤은 동력 전달 유닛에 의해 연동되는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치.
제8항에서,
상기 동력 전달 유닛은
상기 밸브 몸체에 구비되는 제1 랙;
상기 제1 랙에 기어 결합되는 제1 피니언;
상기 제1 피니언과 동축 연결되는 제2 피니언;
상기 제2 피니언에 기어 결합되며 상기 제1 피스톤에 구비되는 제2 랙; 및
상기 제1 및 제2 피니언을 각각 회전 가능하게 지지하는 지지 부재를 포함하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치.
제9항에서,
상기 제1 및 제2 랙이 서로 반대 방향으로 직선 운동되도록, 상기 제1 및 제2 랙은 서로 반대로 놓여 상기 제1 및 제2 피니언에 각각 기어 결합되는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치.
제5항에서,
상기 가압부는
고압 가스를 공급하는 고압 가스 공급원;
상기 고압 가스 공급원과 상기 제1 실린더에 연결되는 제1 고압 가스관;
상기 제1 고압 가스관에 구비되어 상기 제1 실린더로 상기 고압 가스를 공급하거나 상기 제1 실린더의 고압 가스를 외부로 방출시키는 제1 삼방변;
상기 고압 가스 공급원과 상기 제2 실린더에 연결되는 제2 고압 가스관; 및
상기 제2 고압 가스관에 구비되어 상기 제2 실린더로 상기 고압 가스를 공급하거나 상기 제2 실린더의 고압 가스를 외부로 방출시키는 제2 삼방변을 포함하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치.
라인을 따라 주연소기로 흐르는 추진제의 유량을 조절하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치로,
상기 라인에 연통되게 구비되는 밸브 하우징;
상기 밸브 하우징 내에 구비되며 측면에 하나 이상의 통과공이 형성된 유량 조절 슬리브;
상기 유량 조절 슬리브에 슬라이딩 가능하게 구비되어 상기 하나 이상의 통과공의 개도량을 조절하는 밸브 몸체; 및
상기 밸브 몸체를 구동시키는 구동 유닛을 포함하고,
상기 통과공이 완전히 닫히는 방향으로 상기 밸브 몸체가 이동될 경우 상기 밸브 몸체의 단부가 밀착되도록 상기 밸브 하우징에 구비되는 밸브 시트를 더 포함하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치.
제5항에서,
상기 구동 유닛은
상기 제1 피스톤과 상기 제1 실린더 사이에 구비되어 상기 밸브 몸체가 닫혀 있도록 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 더 포함하는 로켓용 터보펌프식 엔진의 유량 조절 장치.