KR20030019675A

KR20030019675A - 액체 연료 로켓엔진 연소실용 면판의 코팅장치

Info

Publication number: KR20030019675A
Application number: KR1020010052548A
Authority: KR
Inventors: 안병재
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-07

Abstract

본 발명에 의한 액체 연료 로켓엔진 연소실용 면판의 코팅장치는, 그 중심에 위치된 1개의 점화기 포트와, 상기 점화기 포트의 반경방향 외측에 환형 배열된 다수개의 인젝터 요소를 구비하는 로켓 엔진의 면판을 코팅하기 위한 장치에 있어서, 상기 인젝터 요소는 복수의 연료 공급 라인과 복수의 산화제 공급 라인을 가지며, 이 요소와 점화기 포토의 일단에는 코팅 작업을 위한 마스킹 블록의 설치 상 위치설정을 조력하기 위한 위치정렬구를 각각 구비하고, 상기 산화제 공급 라인과 점화기 포트에는, 코팅 작업 시, 상기 위치정렬구 내에 설치된 마스킹 블록을 매개로 상기 산화제 공급 라인 및 점화기 포트를 폐색하기 위한 마스킹 핀이 계합되도록 구성함으로써, 면판의 코팅 시, 인젝터 요소 및 점화기 요소의 홀 내벽에 이물질 또는 코팅 분말이 증착되는 것을 극력 억제할 수 있도록 커버-핀(cover-pin) 방식의 마스킹 기구를 채용하여, 플라즈마 등의 고온, 고압환경과 같은 작업 환경에 관계없이 코팅 작업 도중에 마스킹 본연의 기능을 충분히 수행하여 제품의 신뢰성 및 성능을 증대시킬 수 있도록 하였다.

Description

액체 연료 로켓엔진 연소실용 면판의 코팅장치{Coating apparatus for combustion chamber of fluid fuel typed rocket engine}

본 발명은 엔진의 다중 점화가 요구되는 발사상의 엔진 재점화의 신뢰성을 증가시키는 액체 연료 로켓엔진 연소실용 면판의 코팅장치에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 액체 연료 로켓 엔진(10)은 트러스트 챔버(12)와, 이 트러스트 챔버(12) 상류의 연소실(14)과, 다수의 연료/산화제 인젝터 요소(18)를 포함한 면판(16)과, 점화기 포트(20)를 포함하고 있다. 점화기(22)는 점화기 포트(20)에 장착되며, 연료 공급 라인(24) 및 산화제 공급 라인(26)은 연료 및 산화제를 연료/산화제 인젝터 요소(18)로 공급한다. 보충 산화제 공급 시스템(28)은 점화 동안에 부가적인 산화제를 점화기(22)로 공급하도록 통상 구비되어 있다.

또한, 로켓 엔진 연소실(14)은 니켈 등의 전기 주조에 의해 제조되고 있지만, 특별히 대구경의 로켓 엔진 연소실(14)은, 강도나 내열성을 향상시키기 위해, 니켈 등의 전기 주조로 형성된 연소실(14)의 내면에 더욱 산화 지르코늄(zirconia), 이트리아(yttria) 등의 세라믹 용사층을 형성하는 것이 일반적이었다.

그러나, 연소실(14)의 내면에 세라믹 용사층을 형성한 것은, 세라믹 용사층과 연소실(14)을 형성한 니켈 등의 금속과의 밀착성이 본질적으로 나쁘기 때문에, 로켓 추진약의 연소 개시시에 있어서 연소 실내면의 급격한 온도 상승에 의하고 세라믹 용사층이 스포링하여, 박리되거나, 균열이 발생하거나 한 경우가 상당히 많아 그 내구성에 문제가 있는 것으로 나타났다.

더욱이, 상기 면판(16)에 구비된 다수의 연료/산화제 인젝터 요소(18)는 고온환경에서 작동하는 로켓 엔진을 열로부터 보호하기 위해 코팅을 통한 열차폐 기법을 사용한다. 특히, 이 면판(16)에 대해서는 금속 분말 코팅과 세라믹 코팅 등 2개층 이상을 층상 적층시켜 금속면을 고온의 열로부터 보호하는 것이 일반적이다.

상기 열차폐 기법을 간략히 설명하자면, 금속 분말 코팅에 있어, 먼저, 상기 면판(16)의 표면에 소정 패턴의 마스킹재(통상의 마스킹 테이프 또는 컴파운드 마스킹 소재를 통칭)를 설치하고, 블라스팅 가공에 의해 상기 패턴을 절삭 가공한 후, 상기 면판(16)의 표면에 피막으로 이루어지는 금속 분체를 분사 속도 80m/sec 이상, 또는 분사 압력 3 kg/cm sup 2 이상으로 분사하고, 뒤이어 세라믹 코팅층을 최종적으로 생성한다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 로켓 엔진(10)의 면판(16)은 중심에 위치된 1개의 점화기 포트(20)와, 상기 점화기 포트(20)의 반경방향 외측에 환형 배열된 228개의 인젝터 요소(18)를 구비하는 바, 코팅 작업 시 인젝터 요소(18) 및 점화기 포트(20)의 홀 내벽에 이물질 또는 코팅 분말이 증착되는 것을 방지하기 위해 마스킹재를 사용하였으나, 플라즈마 등의 고온, 고압환경에서의 작업 도중에 마스킹재가 이탈 및 연소되는 등의 문제가 발생하여 제품의 신뢰성 및 품질 저하를 초래하였으며, 마스킹재 설치 공정에 따른 과다한 작업 시간의 소요 역시 작업 능률을 저하시키는 요인으로 작용하였다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 면판의 코팅 작업 시, 인젝터 요소 및 점화기 포트의 내벽에이물질 또는 코팅 분말이 증착되는 것을 극력 억제할 수 있도록 커버-핀(cover-pin) 방식의 마스킹 기구를 채용함으로써, 플라즈마 등의 고온, 고압환경과 같은 작업 환경에 관계없이 코팅 작업 도중에 마스킹 본연의 기능을 충분히 수행하여 제품의 신뢰성 및 성능을 증대시킬 수 있는 면판의 코팅장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술의 로켓 엔진을 개략적으로 도시한 구조 단면도,

도 2는 도 1의 선 A-A에 따른 로켓 엔진의 면판의 평면도,

도 3은 본 발명의 인젝터 요소의 마스킹을 위한 마스킹 블록 및 마스킹 핀의 장착 및 블라스팅 가공 장치의 일례를 도시한 도 2의 선A-A에 따른 단면도,

도 4는 본 발명의 점화기 요소의 마스킹을 위한 마스킹 블록의 일례를 도시한 도 2의 선B-B에 따른 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

16 : 면판 18 : 인젝터 요소

20 : 점화기 포트 40 : 제1 마스킹 블록

50 : 제2 마스킹 블록 60 : 제1 마스킹 핀

70 : 제2 마스킹 핀 100 : 위치정렬구

101 : 제1 돌출턱 103 : 제2 돌출턱

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 액체 연료 로켓엔진 연소실용 면판의 코팅장치는,

그 중심에 위치된 1개의 점화기 포트와, 상기 점화기 포트의 반경방향 외측에 환형 배열된 다수개의 인젝터 요소를 구비하는 로켓 엔진의 면판을 코팅하기 위한 장치에 있어서,

상기 인젝터 요소는 복수의 연료 공급 라인과 복수의 산화제 공급 라인을 가지며, 이 요소와 점화기 포토의 일단에는 코팅 작업을 위한 마스킹 블록의 설치 상 위치설정을 조력하기 위한 위치정렬구를 각각 구비하고,

상기 산화제 공급 라인과 점화기 포트에는, 코팅 작업 시, 상기 위치정렬구 내에 설치된 마스킹 블록을 매개로 상기 산화제 공급 라인 및 점화기 포트를 폐색하기 위한 마스킹 핀이 계합된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마스킹 핀의 일측에는 상기 마스킹 블록의 나사 가공된 체결공에 나사 결합되도록 수나사부가 형성되어 있다.

이하, 본 발명의 일실시예에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 종래 기술의 로켓 엔진을 개략적으로 도시한 구조 단면도이고, 도 2는 도 1의 선 A-A에 따른 로켓 엔진의 면판의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 인젝터 요소의 마스킹을 위한 마스킹 블록 및 마스킹 핀의 장착 및 블라스팅 가공 장치의 일례를 도시한 도 2의 선A-A에 따른 단면도이고, 도 4는 본 발명의 점화기 포트의 마스킹을 위한 마스킹 블록의 일례를 도시한 도 2의 선 B-B에 따른 단면도이다.

부호 '16'는 액체 연료 로켓엔진 연소실(14)용 면판으로서, 그 중심에 위치된 1개의 점화기 포트(20)와, 상기 점화기 포트(20)의 반경방향 외측에 환형 배열된 다수개(대략 228개)의 인젝터 요소(18)를 구비하고 있다.

또, 상기 인젝터 요소(18)는 연료 공급 라인(24)과 산화제 공급 라인(6)을 가지며, 이 요소(18)와 점화기 포트(20)의 일단에는 코팅 작업을 위한 제1 및 제2 마스킹 블록(40, 50)의 설치 상 위치설정을 조력하기 위한 제 1 및 2 돌출턱(101, 102)을 구비한 제1 및 제2 위치정렬구(100)를 각각 포함하고 있다.

여기서, 상기 점화기 포트(20) 상의 통상의 점화기는, 연소실(14)내의 연료와 산화제의 혼합물내로 분사되는 수소 연료가 고온 플라즈마로 되도록 에너지를 가한다.

또한, 상기 인젝터 요소(18)과 점화기 포트(20)에는, 코팅 작업 시, 상기 위치정렬구(100) 내에 설치된 마스킹 블록(40, 50)을 매개로 상기 인젝터 요소(18) 및 점화기 포트(20)의 홀(18a, 20a)를 폐색하기 위한 제1 및 2 마스킹 핀(60, 70)이 체결 계합되어 있다.

또, 상기 마스킹 핀(60)의 일측에는 상기 마스킹 블록(40, 50)의 암나사 가공된 체결공(41a, 51a)에 각각 나사 결합되도록 수나사부(60a, 70a)가 각각 형성되어 있다.

한편, 코팅을 요하지 않는 부위의 마스킹(masking)을 위해서, 상기 면판(16)의 인젝터 요소(18) 및 점화기 포트(20)의 주변부에는 인젝터 요소(18) 및 점화기 포트(20)의 홀(18a, 20a) 내벽에 이물질 또는 코팅 분말이 증착되는 것을 방지하도록 상기 제1 및 제2 마스킹 블록(40, 50)의 위치정렬용 제1 및 제2 돌출턱(101, 103)이 다수개 설치되어 상기한 제1 및 제2 위치정렬구(100)를 이룬다.

여기서, 상기 인젝터 요소(18)용 제1 마스킹 블록(40)에는 2개의 인젝터 요소(18)의 주변을 쌍을 지어 커버하도록 2개의 제2 마스킹 핀(60)이 삽입되는 2개의 제1 삽입공(41, 41)이 상기 인젝터 요소(18)와 동축으로 형성되어 있다.

또, 상기 점화기 포트(20)용 제2 마스킹 블록(40, 50)에는 1개의 점화기 포트(20)에 대응하여 1개의 제2 마스킹 핀(60)이 삽입되도록 1개의 제2 삽입공(51)이 상기 점화기 포트(20)와 동축으로 형성되어 있다.

또한, 상기 제1 및 2 마스킹 핀(60)은 인젝터 요소(18)와 점화기 포트(20)에 상응하는 크기 및 구경을 가지는 구성으로 되어 있다.

다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.

먼저, 로켓 엔진 연소실(14)은 니켈 등의 전기 주조에 의해 제조되고 있지만, 특별히 대구경의 로켓 엔진 연소실(14)은, 강도나 내열성을 향상시키기 위해, 니켈 등의 전기 주조로 형성된 연소실(14)의 내면에 더욱 산화 지르코늄(zirconia), 이트리아(yttria) 등의 세라믹 용사층을 형성한다.

여기에서, 상기 면판(16)에 구비된 다수의 연료/산화제 인젝터 요소(18)는 고온환경에서 작동하는 로켓 엔진을 열로부터 보호하기 위해 금속분말 코팅과 세라믹 코팅층을 차례로 생성시킨다.

이때, 코팅을 하지 않는 부위의 마스킹을 위해, 인젝터 요소(18) 및 점화기 포트(20)의 홀 내벽에 이물질 또는 코팅 분말이 증착되는 것을 방지하기 위해 상기 제1 및 제2 마스킹 블록(40, 50)을 상기 인젝터 요소(18)와 점화기 포트(20)의 위치정렬용 제1 및 제2 돌출턱(101, 102) 내에 사전 삽입한다.

이어서, 상기 인젝터 요소(18)용 제1 마스킹 블록(40, 50)의 제1 삽입공에 마스킹 핀(60)의 중심을 맞춰 삽입과 동시에 회전하여 나사체결시키고, 다른 인젝터 요소(18)들에 대해서도 마찬가지로 제1 마스킹 블록(40)과 마스킹 핀(60)을 상기 인젝터 요소(18)용 제1 돌출턱(101)에 결합시키는 작업을 반복적으로 수행한다.

이와 같이 인젝터 요소(18)용 마스킹 작업이 완료되면, 상기 점화기 포트(20)용 제2 마스킹 블록(40, 50)과 제2 마스킹 핀(60)을 상기 점화기 포트(20)용 제2 돌출턱(102)에 결합시킨다.

이어서, 상기 금속 분말 코팅 가공은, 상기 면판(16)의 표면에 소정 패턴의 마스킹재(통상의 마스킹 테이프 또는 컴파운드 마스킹 소재를 통칭)를 설치하고, 블라스팅 가공에 의해 상기 패턴을 절삭 가공한 후, 상기 면판(16)의 표면에 피막으로 이루어지는 금속 분체를 분사 속도 80m/sec 이상, 또는 분사 압력 3 kg/cm sup 2 이상으로 분사하여 이루어지고, 이어서 세라믹 코팅층을 공지의 방식으로 생성시킨다.

따라서, 상기 코팅층 생성 이전에, 상기 제1 및 2 마스킹 블록(40, 50)과 상기 제1 및 2 마스킹 핀(60, 70)을 사용하여, 플라즈마 등의 고온, 고압환경에서의 작업 도중에 마스킹재가 이탈 및 연소되는 등의 문제가 발생하여 제품의 신뢰성 및 품질 저하를 초래하는 등의 문제점을 제거할 수 있게 되는 것이다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 액체 연료 로켓엔진 연소실용 면판(16)의 코팅장치에 의하면, 마스킹재 설치 공정에 따른 과다한 작업 시간의 소요 역시 작업 능률을 저하시키는 등의 종래 코팅 장치에 비해, 면판(16)의 열차폐 효과를 충분히 낼 수 있어 신뢰성 및 품질을 더욱 증대시킬 수 있는 등의 매우 뛰어난 효과가 있다.

본 기술 분야에 숙련된 자들이 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 마스킹 블록(40, 50) 및 핀을 장착하여 코팅을 행한 로켓 엔진의 면판(16)은 종래 코팅 기술에 따른 면판(16)의 성능과 관련된 열차폐 문제점을 해결할 수 있었다.

다만, 본 발명의 일 실시예와 관련하여 본 발명을 도시하고 설명하였지만, 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 특허청구범위의 정신 및 영역을 벗어남이 없이 다양한 수정이 이뤄질 수 있다.

Claims

중심에 위치된 1개의 점화기 포트(20)와, 상기 점화기 포트(20)의 반경방향 외측에 환형 배열된 다수개의 인젝터 요소(18)를 구비하는 로켓 엔진의 면판(16)을 코팅하기 위한 장치에 있어서,

상기 인젝터 요소(18)는 복수의 연료 공급 라인과 복수의 산화제 공급 라인을 가지며, 이 요소와 점화기 포토의 일단에는 코팅 작업을 위한 마스킹 블록(40, 50)의 설치 상 위치설정을 조력하기 위한 위치정렬구를 각각 구비하고,

상기 산화제 공급 라인과 점화기 포트(20)에는, 코팅 작업 시, 상기 위치정렬구 내에 설치된 마스킹 블록(40, 50)을 매개로 상기 산화제 공급 라인 및 점화기 포트(20)를 폐색하기 위한 마스킹 핀(60)이 계합된 것을 특징으로 하는 액체 연료 로켓엔진 연소실용 면판(16)의 코팅장치.
제 1 항에 있어서,

상기 마스킹 핀(60)의 일측에는 상기 마스킹 블록(40, 50)의 나사 가공된 체결공에 나사 결합되도록 수나사부가 형성된 것을 특징으로 하는 액체 연료 로켓엔진 연소실용 면판(16)의 코팅장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 면판(16)의 인젝터 요소(18) 및 점화기 포트(20)의 주변부에는 인젝터요소(18) 및 점화기 포트(20)의 홀 내벽에 이물질 또는 코팅 분말이 증착되는 것을 방지하도록 상기 제1 및 제2 마스킹 블록(40, 50)의 위치정렬용 제1 및 제2 돌출턱이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 액체 연료 로켓엔진 연소실용 면판(16)의 코팅장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 인젝터 요소(18)용 제1 마스킹 블록(40, 50)에는 인접하는 2개의 인젝터 요소(18)의 주변을 커버하도록 2개의 제2 마스킹 핀(60)이 삽입되는 2개의 제1 삽입공이 쌍으로 형성되고,

상기 점화기 포트(20)용 제2 마스킹 블록(40, 50)에는 1개의 점화기 포트(20)에 대응하여 1개의 제2 마스킹 핀(60)이 삽입되도록 1개의 삽입공이 형성된 것을 특징으로 하는 액체 연료 로켓엔진 연소실용 면판(16)의 코팅장치.