KR20030083196A - 로켓엔진용 점화플러그 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 로켓엔진의 점화플러그 보호장치는 연소실의 일측에 설치되어 측부에 관통홀이 형성된 니플과, 상기 니플에 삽입되고 전단부에 전극부가 형성되어 상기 연소실로 공급되는 연료가 연소되도록 불꽃을 발생시키는 점화플러그와, 연료의 일부를 사용하여 상기 전극부가 연소가스로부터 보호되도록 상기 전극부 주위에 연료막을 형성시키는 연료막 형성수단을 포함하여 구성되어, 상기 전극부가 고온, 고압의 연소가스에 용융되는 것을 방지할 수 있어 안정성을 높여주며, 점화플러그의 신뢰성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

로켓엔진용 점화플러그 {spark plug of rocket engine}

본 발명은 추진제를 연소시켜 고온, 고압의 연소가스를 분사시켜 추진력을 얻는 로켓엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로켓엔진의 점화플러그의 전극부에 연료막을 형성시켜 고온, 고압의 연소가스로부터 상기 점화플러그를 보호할 수 있는 로켓엔진에 관한 것이다.

일반적으로 로켓은 추진제의 연소시 발생되는 고압가스를 분사하여 추진력을 얻는 장치로서, 인공위성을 지구 궤도상이 올리기 위해 사용된다.

상기한 로켓의 엔진은 매우 큰 힘을 내는 만큼 추진제를 빨리 태우므로 짧은 시간 동안에 많은 추진제를 연소시켜 고온의 연소가스를 발생시킨다.

상기 로켓엔진을 점화시키는 방법으로는 상기 연료에 인화성이 높은 화학물질을 투입하여 점화시키는 방법과, 점화플러그를 사용하여 상기 연료에 직접 불꽃을 일으키는 방법이 있는데, 점화플러그를 이용하는 방법은 화학적인 방법에 비해 제어가 쉽고 별도의 화학물을 사용하지 않아 반복사용되는 재점화용 엔진에 주로 사용된다.

도 1은 종래 기술에 의한 로켓엔진이 도시된 단면도이고, 도 2는 도 1의 'A-A'선의 일부가 도시된 단면도이다.

종래 기술에 의한 로켓엔진은 도 1에 도시된 바와 같이, 연료공급통로(11)가 형성된 연료공급부(10)와, 상기 연료공급부(10)가 연결설치되고 측부에 산화제공급구(21)가 구비되며 내부에 복수의 인젝터가 설치된 혼합기헤드(20)와, 상기 혼합기헤드(20)에 연결설치되고 이중원통으로 형성되어 바깥 원통부에 제 1연료주입구(42) 및 제 1연료출구(41)가 각각 구비되어 상기 혼합기헤드(20)에서 혼합된 연료 및 산화제가 점화장치(30)에 의해 점화후 연소되는 연소실(40)과, 이중원통으로 형성되어 바깥 원통부에 제 2연료주입구(52) 및 제 2연료출구(51)가 각각 구비되며 상기 연소실(40)에 연결설치된 노즐부(50)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 점화장치(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 연소실(40)의 일측에 설치된 니플(31)과, 상기 니플(31)에 삽입되고 전단부에 전극부(34)가 형성된 점화플러그(33)를 더 포함하여 구성되어, 상기 연소실(40)로 공급되는 연료가 연소되도록 불꽃을 발생시킨다.

상기와 같이 구성된 로켓엔진은 연료의 연소후 발생되는 고온, 고압의 연소가스를 상기 노즐부(50)의 후방으로 분사하여 추진력을 얻는다.

그러나, 종래 기술에 의한 로켓엔진은 상기 점화플러그(33)가 고압의 연소가스에 노출되어 상기 전극부(34)가 용해되거나, 연소산화물이 상기 전극부(34)에 달라붙어 불꽃의 발생이 방해되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 로켓엔진의 점화플러그가 고온, 고압의 연소가스에 노출되지 않도록하여 점화플러그의 전극이 고온, 고압의 연소가스에 용융되는 것이 방지되고, 재사용시 점화 플러그의 신뢰성을 증대시킬 수 있는 로켓엔진의 점화플러그 보호장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 로켓엔진이 도시된 정면도,

도 2는 도 1의 'A-A'선의 일부가 도시된 단면도,

도 3은 본 발명에 의한 로켓엔진이 도시된 정면도,

도 4는 본 발명에 의한 로켓엔진이 도시된 단면도,

도 5는 도 3의 'B-B'선의 일부가 도시된 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

60 : 연료공급부61 : 연료공급통로

70 : 혼합기헤드71 : 산화제공급구

73 : 인젝터80 : 점화장치

81 : 니플82 : 관통홀

82a : 홈부83 : 점화플러그

84 : 전극부85 : 연료막 형성수단

86 : 연료분기관87 : 단속밸브

88 : 연료주입관89 : 연결소켓

90 : 연소실100 : 노즐부

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 로켓엔진의 점화플러그 보호장치는 연소실의 일측에 설치되어 측부에 관통홀이 형성된 니플과, 상기 니플에 삽입되고 전단부에 전극부가 형성되어 상기 연소실로 공급되는 연료가 연소되도록 불꽃을 발생시키는 점화플러그와, 상기 전극부가 연소가스에 보호되도록 상기 전극부 주위에 연료막을 형성시키는 연료막 형성수단을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 로켓엔진이 도시된 정면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 로켓엔진이 도시된 단면도이고, 도 5는 도 3의 'B-B'선의 일부가 도시된 단면도이다.

본 발명에 의한 로켓엔진은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 연료공급통로(61)가 형성된 연료공급부(60)와, 상기 연료공급부(60)가 연결설치되고 측부에 산화제공급구(71)가 구비되며 내부에 복수의 인젝터(73)가 설치된 혼합기헤드(70)와, 상기 혼합기헤드(70)에 연결설치되고 이중원통으로 형성되어 바깥 원통부에 제 1연료주입구(92) 및 제 1연료출구(91)가 각각 구비되어 상기 혼합기헤드(70)에서 혼합된 연료 및 산화제가 점화장치(80)에 의해 점화후 연소되는 연소실(90)과, 이중원통으로 형성되어 바깥 원통부에 제 2연료주입구(102) 및 제 2연료출구(101)가 각각 구비되며 상기 연소실(90)에 연결설치된 노즐부(100)를 포함하여 구성된다.

상기 노즐부(100)는 상기 연소실(90)에서 분사되는 고온, 고압의 연소가스가 분사되며 추진력을 발생시키는 곳으로서, 이중원통의 내부에 상기 제 2연료주입구(102)에서 주입된 연료(S1)가 상기 노즐부(100)의 외측을 순환되며 고온으로 가열된 상기 노즐부(100)와 열교환되며 상기 노즐부(100)를 냉각시키는 동시에 예열되어 상기 제 2연료출구(101)로 배출되도록 연료가 관통되는 제 2공간부(103)가 형성된다.

한편, 상기 연료공급통로(61)와 상기 제 1연료출구(91)의 연결부에 제 1연결호스(65)가 연결되고, 상기 제 1연료주입구(92)와 상기 제 2연료출구(101)의 연결부에 제 2연결호스(95)가 연결되어 상기 제 2연료주입구(102)로 주입된 연료(S1)가 상기 연료공급부(60)로 공급되도록 구성된다.

상기 점화장치(80)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 연소실(90)의 일측에 설치되어 측부에 관통홀(82)이 형성된 니플(81)과, 상기 니플(81)에 삽입되고 전단부에 전극부(84)가 형성되어 상기 연소실(90)로 공급되는 연료가 연소되도록 불꽃을 발생시키는 점화플러그(83)와, 상기 전극부(84)가 연료의 연소가스에 노출되지않도록 상기 전극부(84) 주위에 연료막을 형성시켜 상기 전극부(84)를 보호하는 연료막 형성수단(85)을 포함하여 구성된다.

상기 연료막 형성수단(85)은 상기 제 1연결호스(65)의 일측에 연결되어 연소실(90)로 공급되는 연료의 일부가 분기되는 연료분기관(86)과, 상기 연료분기관(86)의 일측에 설치되어 상기 연료를 선택적으로 공급하는 단속밸브(87)와, 상기 연료분기관(86)에 일측이 연결되고 타측이 상기 니플(81)의 관통홀(82)에 연결되어 상기 연료가 주입되는 연료주입관(88)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 단속밸브(87)는 상기 연소실(90)에 공급된 연료가 점화될 경우에 닫음되어 상기 연료주입관(88)으로 연료가 공급되는 것을 차단하고, 상기 연소실(90)에 공급된 연료가 점화된 후 열림되어 상기 연료분기관(86)에서 분기된 연료(S3)가 상기 연료주입관(88)을 통하여 상기 전극부(84)에 공급될 수 있도록 구성된다.

아울러, 상기 단속밸브는 반복 사용이 가능한 밸브로 이루어지는 것이 바람직하며, 여기서는 전자석으로 단속되는 솔레노이드 밸브로 이루어진다.

한편, 상기 연료주입관(88)은 상기 연소실(90)의 내부에 일체로 형성된다. 또한, 상기 연료주입관(88)의 입구에는 연결소켓(89)이 설치되어 상기 연료분기관(86)과 연결이 용이토록 구성된다.

상기 니플(81)은 상기 관통홀(82)로 공급되는 연료가 저장되어 균일한 압력으로 상기 관통홀(82)로 공급되도록 측면에 형성된 홈부(82a)를 더 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 로켓엔진의 점화플러그 보호장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도시되지 않은 연료공급원으로부터 연료(S1)가 공급되어 제 2연료주입구(102)에 주입되고, 상기 제 2연료주입구(102)에 주입된 연료(S1)는 상기 노즐부(100)의 제 2공간부(103)를 관통하여 제 2연료출구(101)를 통해 배출된다.

상기 제 2연료출구(101)로 배출된 연료는 제 2연결호스(95)를 통해 제 1연료주입구(92)에 주입되고, 상기 제 1연료주입구(92)에 주입된 연료는 연소실(90)의 제 1공간부(93)를 관통하여 상기 제 1연료출구(91)를 통해 배출된다.

상기 제 1연료출구(91)로 배출된 연료는 연료공급통로(61)를 통해 연료공급부(60)로 공급되고, 상기 연료공급부(60)에서 균질하게 확장되어 혼합기헤드(70)로 분출된다. 이때, 상기 혼합기헤드(70)의 측면에서는 산화제공급원(미도시)으로부터 산화제(S2)가 공급되며 기화되고, 상기 연료공급부(60)에서 분출되는 연료(S1)와 충돌되며 미립화되어 상기 연소실(90)로 분무된다.

여기서, 미립화된 연료 및 산화제가 상기 연소실(90)에 분무되면 상기 전극부(84)에서 불꽃이 발생되어 상기 연료 및 산화제를 연소시킨다.

한편, 상기 연료 및 산화제가 점화되면 상기 단속밸브(87)가 열림되어 상기 연료(S1)의 일부가 상기 연료분기관(86)으로 공급되고, 상기 연료분기관(86)으로 공급된 연료(S3)는 상기 연료주입관(88)을 통해 상기 홈부(82a)로 공급된다.

그리고, 상기 홈부(82a)로 공급된 연료는 상기 관통홀(82)을 통해 상기 전극부(84)로 공급되며 연료막을 형성한다.

한편, 상기 연소실(90)에 불꽃을 재 발생시키고자 하는 경우는 상기 단속밸브(87)를 닫어 상기 전극부(84)로 연료가 공급되지 않도록 차단한 후 불꽃을 발생시킨다.

이상과 같이 본 발명에 따른 로켓엔진의 점화플러그 보호장치를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 상기 차단밸브(87)는 공기의 압력으로 단속되는 공압밸브로 구성될 수도 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 로켓엔진의 점화플러그 보호장치는 점화플러그의 전극부가 연료의 연소가스에 노출되지 않도록 상기 전극부 주위에 연료막을 형성시키는 연료막 형성수단을 포함하여 구성되어, 상기 전극부가 고온, 고압의 연소가스에 용융되는 것을 방지할 수 있고, 상기 전극부에 연소산화물이 달라붙는 것이 방지되어 안전성을 증가되고, 점화 플러그의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 연소실의 일측에 설치되어 측부에 관통홀이 형성된 니플과, 상기 니플에 삽입되고 전단부에 전극부가 형성되어 상기 연소실로 공급되는 연료가 연소되도록 불꽃을 발생시키는 점화플러그와, 상기 전극부가 연소가스로부터 보호되도록 상기 전극부 주위에 연료막을 형성시키는 연료막 형성수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓엔진의 점화플러그 보호장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 니플은 상기 관통홀로 공급되는 연료가 저장되도록 측면에 형성된 홈부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓엔진의 점화플러그 보호장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 연료막 형성수단은 연소실로 공급되는 연료의 일부가 분기되는 연료분기관과, 상기 연료분기관의 일측에 설치되어 상기 연료분기관에서 분기된 연료를 선택적으로 공급하는 단속밸브와, 상기 분기관에 일측이 연결되고 타측이 상기 니플의 관통홀에 연결되어 상기 연료가 주입되는 연료주입관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓엔진의 점화플러그 보호장치.
4. 제 3항에 있어서,

   산기 단속밸브는 상기 연소실의 연료를 점화시킬 경우 차단되고 상기 연료가 점화된 후 개방되는 것을 특징으로 하는 로켓엔진의 점화플러그 보호장치.
5. 제 3항에 있어서,

   단기 단속밸브는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 로켓엔진의 점화플러그 보호장치.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 단속밸브는 공압밸브인 것을 특징으로 하는 로켓엔진의 점화플러그 보호장치.
7. 제 3항에 있어서,

   상기 연료주입관은 상기 연소실의 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 로켓엔진의 점화플러그 보호장치.
8. 제 3항에 있어서,

   상기 연료주입관은 상기 연료분기관과 연결이 용이토록 일측에 설치된 연결소켓을 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 로켓엔진의 점화플러그 보호장치.