KR101807536B1 - 발사체용 추진제 공급 배관 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 발사체용 추진제 공급 배관은 발사체의 추진제 탱크에 설치되어 상기 추진제 탱크에 저장된 추진제를 엔진으로 공급하는 발사체용 추진제 공급 배관으로서, 상기 추진제 탱크의 외측에 수직으로 배치되어 상기 엔진과 연결되는 제1 배관부, 그리고 일 측은 상기 제1 배관부의 단부에 연결되어 상기 추진제 탱크의 외측에 배치되고, 타 측은 상기 추진제 탱크를 관통하여 상기 추진제가 유입되는 입구가 추진제 탱크 바닥을 향하도록 상기 추진제 탱크의 내측에 배치되는 제2 배관부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 추진제 공급 배관이 추진제 탱크의 바닥 중앙을 관통하는 섬프(sump)방식으로 적용되지 않고, 내측으로 유입되는 추진제가 높은 곳으로 상승된 후, 낮은 곳으로 하강하는 사이폰(siphon) 방식으로 적용됨으로써, 추진제의 공급 시 와류의 발생을 원천적으로 차단하여 와류로 인한 기포의 유입을 예방할 수 있다.

Description

발사체용 추진제 공급 배관{Propellant supply pipe for space launch vehicle}

본 발명은 발사체의 추진제 탱크와 연결되어 발사체의 엔진에 추진제를 공급하는 발사체용 추진제 공급 배관에 관한 것이다.

일반적으로 발사체에는 추진제 탱크(1)에 저장된 추진제를 엔진(2)으로 공급하는 배관 라인이 구비된다.

도 1을 참조하면, 발사체의 추진제 탱크(1)와 연결되어 엔진(2)에 추진제를 공급하는 배관(3)은 추진제 탱크(1)의 바닥 중앙과 연통되도록 설치되는 섬프(sump)방식으로 적용되었다.

섬프방식은 추진제 탱크(1)의 가장 낮은 지점, 즉 하부가 오목한 형상으로 형성되는 추진제 탱크(1)의 바닥 중앙에 배관(3)을 관통시켜, 추진제가 추진제 탱크(1)의 바닥 중앙과 연통되어 있는 배관(3)으로 유입되도록 하여 엔진(2)으로 추진제 탱크(1) 내부에 저장된 추진제를 공급하는 방식으로, 구조가 비교적 단순하고, 설치가 용이한 이점이 있다.

그러나 이와 같은 섬프방식은 추진제의 공급 시 추진제의 수위가 낮아져, 추진제가 추진제 탱크(1)의 바닥에 가까워질수록 와류가 발생되고, 이 와류에 의하여 추진제에 기포가 형성되어 추진제와 함께 기포가 엔진(2)으로 유입될 가능성이 큰 문제점이 있었다.

등록특허공보 제10-0868075호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 섬프(sump) 방식의 추진제 공급 배관을 사이폰(siphon) 방식으로 적용하여 추진제의 공급 시 와류의 발생을 원천적으로 차단하여 와류로 인한 기포 유입을 예방할 수 있는 발사체용 추진제 공급 배관을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 발사체용 추진제 공급 배관은 발사체의 추진제 탱크에 설치되어 상기 추진제 탱크에 저장된 추진제를 엔진으로 공급하는 발사체용 추진제 공급 배관으로서, 상기 추진제 탱크의 외측에 수직으로 배치되어 상기 엔진과 연결되는 제1 배관부, 그리고 일 측은 상기 제1 배관부의 단부에 연결되어 상기 추진제 탱크의 외측에 배치되고, 타 측은 상기 추진제 탱크를 관통하여 상기 추진제가 유입되는 입구가 추진제 탱크 바닥을 향하도록 상기 추진제 탱크의 내측에 배치되는 제2 배관부를 포함한다.

상기 입구는 상기 추진제 탱크 바닥의 최하단과 마주하도록 배치되고, 상기 추진제 탱크 바닥의 최하단으로부터 이격되어 배치될 수 있다.

상기 입구의 둘레에는 단부로부터 상기 입구를 향할수록 직경의 폭이 점차 좁아지는 원추형상의 안내관이 더 설치될 수 있다.

상기 제2 배관부의 최상단에는 기포 배출공이 형성될 수 있다.

내측에 상기 기포 배출공이 위치하도록 상기 제2 배관부의 최상단에 설치되어, 상기 제2 배관부의 최상단이 상기 추진제 밖으로 노출될 경우, 내부에 저장된 추진제가 상기 기포 배출공을 통하여 상기 제2 배관부의 내측으로 유입되는 기포 차단용 추진제 공급부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 추진제 공급 배관이 추진제 탱크의 바닥 중앙을 관통하는 섬프(sump)방식으로 적용되지 않고, 내측으로 유입되는 추진제가 높은 곳으로 상승된 후, 낮은 곳으로 하강하는 사이폰(siphon) 방식으로 적용됨으로써, 추진제의 공급 시 와류의 발생을 줄이는 방식이다. 일반적인 발사체는 무게 경량화를 도모하기 위해 용도기 다른 두 종류의 내관(추진제 공급배관과 추진제 충전배관)을 공유하도록 설계한다. 추진제 공급배관과 충전배관을 각자 독립적으로 설계하지 않고, 추진제 공급배관의 적당한 위치에서 배관을 분기하여 추진제 충전배관을 연결하고, 추진제 공급배관을 통해 추진제를 추진제 탱크에 채운다.

또한, '∩'형상으로 형성된 제2 배관부의 최상단에 기포 배출공을 형성하여 추진제 탱크에 추진제를 충전할 때 제2 배관부의 내측에 잔존하는 기포를 제2 배관부의 외측으로 배출되도록 함으로써, 제2 배관부의 내부에 잔존하던 기포가 추진제의 충전을 방해하거나 엔진으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 기포 배출공에 설치되어 추진제의 수위가 낮아질 경우, 제2 배관부의 최상단 보다 먼저 추진제 밖으로 노출되어 내부에 추진제가 저장되고, 제2 배관부의 최상단이 추진제 밖으로 노출될 경우, 내부에 저장된 추진제가 제2 배관부의 내측으로 유입되는 기포 차단용 추진제 공급부를 구비함으로써, 제2 배관부의 최상단이 추진제 밖으로 노출된 상태에서 추진제가 제2 배관부로 유입되는 경우에도 추진제 탱크의 내부에 잔존하는 공기가 제2 배관부의 내측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 발사체용 추진제 공급 배관이 적용된 발사체의 내부구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발사체용 추진제 공급 배관이 발사체의 추진제 탱크에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 "A"부분을 보다 자세히 나타낸 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발사체용 추진제 공급 배관의 추진제 공급 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발사체용 추진제 공급 배관이 발사체의 추진제 탱크에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 "A"부분을 보다 자세히 나타낸 확대도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발사체용 추진제 공급 배관의 추진제 공급 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발사체용 추진제 공급 배관(100)(이하 '추진제 공급 배관(100)'이라 함)은 발사체의 추진제 탱크(200)에 설치되어 추진제 탱크(200)에 저장된 추진제(P)를 엔진(미도시)으로 공급하는 배관 장치로서, 제1 배관부(10) 및 제2 배관부(20)를 포함한다.

제1 배관부(10)는 추진제 탱크(200)의 외측에 수직으로 배치되어 추진제 탱크(200)보다 낮은 위치에 배치된 엔진과 연결된다.

제2 배관부(20)는 내부로 유입된 추진제(P)가 높은 곳으로 상승된 후, 낮은 곳으로 하강 가능한 곡관(曲管)구조로 형성되어, 일 측은 제1 배관부(10)에 연결되어 추진제 탱크(200)의 외측에 배치고, 타 측은 추진제 탱크(200)의 내측에 배치된다.

더 자세하게는, 제2 배관부(20)는 '∩'형상으로 형성되어, 일 측은 제1 배관부(10)의 단부에 연결되어 제1 배관부(10)와 함께 추진제 탱크(200)의 외측에 배치되고, 타 측은 추진제 탱크(200)를 관통하여 추진제 탱크(200)의 내측에 배치된다. 이때, 추진제 탱크(200)의 내측에 배치된 제2 배관부(20)는 추진제(P)에 잠긴 상태로 추진제 탱크(200)의 내측에 배치된다.

한편, 제2 배관부(20)의 타 측 단부, 즉 추진제 탱크(200)의 내측에 배치되어 추진제(P)가 유입되는 제2 배관부(20)의 입구(21)는 추진제 탱크 바닥(210)을 향하도록 배치된다.

더 자세하게는, 제2 배관부(20)의 입구(21)는 추진제 탱크 바닥의 최하단(210a)과 마주하도록 배치될 수 있다. 이때, 제2 배관부(20)의 입구(21)는 추진제(P)가 유입될 수 있도록 추진제 탱크 바닥의 최하단(210a)으로부터 수직방향을 향하여 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.

또한, 제2 배관부(20)의 입구(21)에는 추진제(P)의 유입을 안내하는 안내관(30)이 더 설치될 수 있다.

더 자세하게는, 제2 배관부(20)의 입구(21)의 둘레에는 단부로부터 입구(21)를 향할수록 직경의 폭이 점차 좁아지는 원추형상의 안내관(30)이 더 설치될 수 있다.

따라서, 안내관(30)으로 추진제(P)가 유입될 경우, 추진제(P)의 유입 방향을 향하여 직경의 폭이 점차 좁아지도록 형성되는 안내관(30)에 의하여 제2 배관부(20)의 입구(21)로 유입되는 추진제(P)의 압력이 점차 감소하게 되고, 이로 인해 추진제(P)의 유속이 증가될 수 있다.(베르누이 원리)

한편, 제2 배관부의 최상단(20a)에는 기포 배출공(23)이 형성될 수 있다.

제2 배관부(20)가 추진제(P)에 잠겨있는 상태에서, 제2 배관부(20)로 추진제(P)가 유입될 경우, 제2 배관부(20)의 내측 상부에 잔존하는 기포(A)가 제2 배관부(20)의 외측으로 배출될 수 있도록, 제2 배관부의 최상단(20a)에는 기포(A) 배출을 위한 기포 배출공(23)이 형성될 수 있다.

또한, 기포 배출공(23)에는 기포 차단용 추진제 공급부(40)가 더 설치될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 추진제 공급 배관(100)은 내측에 기포 배출공(23)이 위치하도록 제2 배관부의 최상단(20a)에 설치되어, 제2 배관부의 최상단(20a)이 추진제(P) 밖으로 노출될 경우, 기포 배출공(23)을 통해 제2 배관부(20)의 내부로 가스가 유입될 수 있으므로 기포 배출공(23)이 기체에 노출되지 않도록 하는 기포 차단용 추진제 공급부(40)를 더 포함할 수 있다.

기포 차단용 추진제 공급부(40)는 상면이 개방되고, 추진제(P)의 수위가 낮아짐에 따라 제2 배관부(20)보다 먼저 추진제 밖으로 노출되어 내부에 추진제(P)가 저장되는 포켓(pocket)형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 기포 차단용 추진제 공급부(40)가 설치된 부위는 기밀을 위하여 실링처리될 수 있다. 이에 따라, 제2 배관부의 최상단(20a)이 추진제(P) 밖으로 노출될 경우, 내부에 저장된 추진제(P)가 기포 차단용 추진제 공급부(40)의 외측으로 유출되는 것을 예방할 수 있다.

따라서, 추진제(P)의 공급으로 인하여 추진제 탱크(200)에 저장된 추진제(P)의 수위가 점차 낮아짐에 따라, 제2 배관부(20)보다 먼저 추진제(P) 밖으로 노출되는 기포 차단용 추진제 공급부(40)에는 추진제(P)가 저장되고, 이후 추진제(P)의 수위가 더 낮아져 제2 배관부의 최상단(20a)이 추진제(P) 밖으로 노출될 경우, 추진제(P)의 공급이 완료될 동안, 기포 차단용 추진제 공급부(40)에 저장되어 있던 추진제(P)가 기포 배출공(23)을 통하여 제2 배관부(20)의 내측으로 유입됨으로써, 추진제 탱크(200)의 내측에 잔존하던 공기가 제2 배관부(20)의 내측으로 유입되어 기포(A)가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 기포 차단용 추진제 공급부(40)의 용량 및 크기(직경 및 길이)는 제2 배관부의 최상단(20a)이 추진제(P) 밖으로 노출되는 시점을 기준으로 추진제 탱크(200) 내부에 저장되어 있던 추진제(P)가 완전히 소모되는 시간을 고려하여 형성될 수 있다.

이하에서는, 도 4를 참조하여 본 추진제 공급 배관(100)의 추진제 공급 과정에 대하여 설명한다.

참고로, 본 추진제 공급 배관(100)의 추진제 공급 과정을 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 추진제 공급 배관(100)을 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하기로 한다.

외부로부터 추진제의 공급 명령이 전달됨에 따라, 본 추진제 공급 배관(100)에 설치된 밸브(미도시)가 개방되고, 본 추진제 공급 배관(100)과 연결된 별도의 압력발생장치(미도시)가 작동되어 본 추진제 공급 배관(100)의 내측으로 흡입력이 작용한다.

본 추진제 공급 배관(100)의 내측으로 흡입력이 작용함에 따라, 추진제 탱크(200)의 내측에 배치된 제2 배관부(20)의 입구(21)로 추진제 탱크(200)에 저장된 추진제(P)가 유입된다. 이때, 도 4의 상측에 도시된 바와 같이, 추진제 탱크(200)의 내측에 배치된 제2 배관부(20)는 추진제(P)에 잠긴 상태로 추진제 탱크(200)의 내측에 배치되고, 이 상태에서 제2 배관부(20)의 내측으로 추진제(P)가 유입됨에 따라, 제2 배관부(20)의 내측 상부에 잔존하던 기포(A)가 제2 배관부의 최상단(20a)에 형성된 기포 배출공(23)에 설치된 기포 차단용 추진제 공급부(40)를 통하여 제2 배관부(20)의 외측으로 배출된다.

추진제 탱크(200)에 저장된 추진제(P)가 제2 배관부(20)로 지속적으로 유입됨에 따라 추진제 탱크(200)에 저장된 추진제(P)의 수위가 점차 낮아지고, 이에 따라, 도 4의 하측에 도시된 바와 같이, 기포 차단용 추진제 공급부(40)가 제2 배관부(20)보다 먼저 추진제(P) 밖으로 노출되어 내부에 추진제(P)가 저장된다. 이후, 추진제(P)의 수위가 더 낮아짐에 따라, 제2 배관부의 최상단(20a)이 추진제(P) 밖으로 노출되고, 이와 함께, 추진제(P)의 공급이 완료될 동안, 기포 차단용 추진제 공급부(40)에 저장되어 있던 추진제(P)가 기포 배출공(23)을 통하여 제2 배관부(20)의 내측으로 유입되어 공기의 유입을 차단한다.

이처럼 본 발명에 의하면, 본 추진제 공급 배관(100)이 추진제 탱크(200)의 바닥 중앙을 관통하는 섬프(sump)방식으로 적용되지 않고, 내측으로 유입되는 추진제(P)가 높은 곳으로 상승된 후, 낮은 곳으로 하강하는 사이폰(siphon) 방식으로 적용됨으로써, 추진제(P)의 공급 시 와류의 발생을 원천적으로 차단하여 와류로 인한 기포의 유입을 예방할 수 있다.

또한, '∩'형상으로 형성된 제2 배관부의 최상단(20a)에 기포 배출공(23)을 형성하여 추진제(P)의 유입 시 제2 배관부(20)의 내측에 잔존하는 기포(A)를 제2 배관부(20)의 외측으로 배출되도록 함으로써, 제2 배관부(20)의 내부에 잔존하던 기포(A)가 엔진으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 기포 배출공(23)에 설치되어 추진제(P)의 수위가 낮아질 경우, 제2 배관부의 최상단(20a) 보다 먼저 추진제(P) 밖으로 노출되어 내부에 추진제(P)가 저장되고, 제2 배관부의 최상단(20a)이 추진제(P) 밖으로 노출될 경우, 내부에 저장된 추진제(P)가 제2 배관부(20)의 내측으로 유입되는 기포 차단용 추진제 공급부(40)를 구비함으로써, 제2 배관부의 최상단(20a)이 추진제(P) 밖으로 노출된 상태에서 추진제(P)가 제2 배관부(20)로 유입되는 경우에도 추진제 탱크(200)의 내부에 잔존하는 공기가 제2 배관부(20)의 내측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 한 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

100. 발사체용 추진제 공급 배관
10. 제1 배관부
20. 제2 배관부 20a. 제2 배관부의 최상단
21. 입구
23. 기포 배출공
30. 안내관
40. 기포 차단용 추진제 공급부
200. 추진제 탱크
210. 추진제 탱크 바닥 210a. 추진제 탱크 바닥의 최하단
P. 추진제
A. 기포

Claims (5)

1. 발사체의 추진제 탱크에 설치되어 상기 추진제 탱크에 저장된 추진제를 엔진으로 공급하는 발사체용 추진제 공급 배관으로서,
   상기 추진제 탱크의 외측에 수직으로 배치되어 상기 엔진과 연결되는 제1 배관부, 그리고
   일 측은 상기 제1 배관부의 단부에 연결되어 상기 추진제 탱크의 외측에 배치되고, 타 측은 상기 추진제 탱크를 관통하여 상기 추진제가 유입되는 입구가 추진제 탱크 바닥을 향하도록 상기 추진제 탱크의 내측에 배치되는 제2 배관부
   를 포함하고,
   상기 입구의 둘레에는
   단부로부터 상기 입구를 향할수록 직경의 폭이 점차 좁아지는 원추형상의 안내관이 더 설치되는 발사체용 추진제 공급 배관.
2. 제1항에서,
   상기 입구는
   상기 추진제 탱크 바닥의 최하단과 마주하도록 배치되고, 상기 추진제 탱크 바닥의 최하단으로부터 이격되어 배치되는 발사체용 추진제 공급 배관.
3. 삭제
4. 제1항에서,
   상기 제2 배관부의 최상단에는 기포 배출공이 형성되는 발사체용 추진제 공급 배관.
5. 제4항에서,
   내측에 상기 기포 배출공이 위치하도록 상기 제2 배관부의 최상단에 설치되어, 상기 제2 배관부의 최상단이 상기 추진제 밖으로 노출될 경우, 내부에 저장된 추진제가 상기 기포 배출공을 통하여 상기 제2 배관부의 내측으로 유입되는 기포 차단용 추진제 공급부
   를 더 포함하는 발사체용 추진제 공급 배관.

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