KR20040009474A - 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치는 인젝터에서 분사된 액체가 채집되는 장방형의 콜렉터와, 상기 콜렉터의 단부를 인젝터의 동심축을 중심으로 회전시키는 구동수단과, 상기 콜렉터의 일측에 연결되어 상기 콜렉터에 채집되는 액체를 하측으로 배수하는 배수호스와, 상기 콜렉터의 하측에 배치되어 상기 배수호스에서 배수된 액체가 저장되는 저장조와, 상기 저장조에 저장되는 액체의 유량을 계측하는 계측수단을 포함하여 구성되어, 인젝터에서 분사되는 액체의 유량이 실시간으로 자동적으로 계측되어 시간적, 공간적 분사량의 분석능력을 향상시킬 수 있는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치 및 방법을 제공하는데 있다.
Description
본 발명은 추진제를 연소실로 분사하는 로켓 엔진용 인젝터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인젝터에서 분사되는 액체의 분사량을 자동으로 계측하여 분사시간에 따른 분사량의 균일성을 검사할 수 있는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 로켓 엔진용 인젝터는 인공위성을 지구 궤도상이 올리기 위해 발사되는 로켓에 있어서, 액체연료 및 산화제가 균일하게 혼합되어 연소되는 가스를 외부로 토출시켜 추진력을 얻는 장치로서, 액체연료 및 산화제가 분사되는 방법에따라 전단형 인젝터와 스월형 인젝터로 구분되는데, 여기서는 전단형 인젝터를 예로서 설명한다.
상기와 같이 구분되는 로켓 엔진용 인젝터는 상기 인젝터의 설계 및 제작오차 등의 원인으로 액체연료의 분사시 불균일하게 분사되어 불안정 연소되는데, 이와 같은 불안정 연소는 순간적인 고열을 발생시켜 연소기 및 시험장치 등을 파손시키므로, 상기 인젝터의 장착전에 발화되지 않는 대체물질을 사용한 분사실험을 통해 인젝터의 분사균일성 이상유무를 검사한다.
상기한 인젝터의 분사균일성 검사는 인젝터를 통해 분사되는 액체의 분사량 및 분사주기의 측정을 통해 이루어진다.
도 1은 종래 기술에 의한 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치가 도시된 간략도이다.
종래 기술에 의한 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 인젝터(10)에서 분사되는 액체(A)를 동심원상으로 분배하는 콜렉터(20)와, 상기 콜렉터(20)의 일측에 연결되어 상기 콜렉터(20)에 채집되는 액체를 하측으로 배수하는 배수호스(26)와, 상기 콜렉터(20)의 하측에 배치되어 상기 배수호스(26)에서 배수된 액체가 구분되어 저장되는 다수개의 저장조(30)로 구성된다.
여기서, 상기 인젝터(10)는 도시되지 않은 고정수단에 고정되어 일측에 배치된 액체공급원(2)으로부터 공급펌프(4)와 연결된 공급호스(6)를 통해 공급된 액체를 하방으로 분사한다.
한편, 상기 콜렉터(20)는 상기 인젝터에서 분사된 액체를 동심원상으로 차폐하는 다수개의 격벽(22)이 형성된 원형조(21)로 형성되어, 상기 인젝터(10)에서 분사된 액체를 하측에 형성된 배수공을 통해 배수한다.
여기서, 상기 배수공을 통해 배수된 액체는 하측에 연결된 배수호스(26)를 통해 상기 저장조로 저장한다.
상기 저장조(30)는 상기 저장조를 지지하는 틀체(31)에 고정되고, 일측에 눈금이 형성되어, 상기 눈금을 통해 상기 저장조(30)에 저장된 액체의 체적이 측정된다. 한편, 상기와 같이 측정된 체적을 사용하여 일정시간동안 분사된 액체의 유량을 아래의 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.
상기식에서 Q는 인젝터의 분사유량, ρ는 분사되는 액체의 밀도이고, V는 저장조에 저장된 액체의 체적이다.
도 2는 종래 기술에 의한 인젝터의 분사량이 도시된 그래프로서, 상기와 같이 계산된 액체의 유량은 상기 원형조(21)의 동심축을 중심으로 거리(r)가 멀어질수록 단위면적당의 유량(ℓ)이 적게 채집되는 고깔형상으로 이루어진다.
그러나, 종래 기술에 의한 로켓 엔진용 인젝터(10)의 분사량 측정장치는 일정시간동안 분사된 액체의 유량을 측정하는 것으로서 시간적 변화에 따른 분사량을 측정할 수 없고, 상기 저수조에 저장된 액체의 체적을 육안으로 측정하므로 정확한유량을 측정할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인젝터에서 분사되는 액체의 유량이 실시간으로 자동적으로 계측되어 시간적, 공간적 분사량의 분석능력을 향상시킬 수 있는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치 및 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치가 도시된 간략도,
도 2는 종래 기술에 의한 인젝터의 분사량이 도시된 그래프로서,
도 3은 본 발명에 의한 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치가 도시된 간략도,
도 4는 본 발명에 의한 시간 및 각도에 따른 인젝터의 분사량이 도시된 그래프,
도 5는 본 발명에 의한 인젝터의 분사량 자동측정의 과정이 도시된 플로우챠트이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
42 : 저장조44 : 펌프
46 : 공급호스50 : 인젝터
60 : 콜렉터61 : 개구부
62 : 하면66 : 배수호스
70 : 저장조80 : 구동수단
81 : 모터82 : 회전축
83 : 주동풀리84 : 종동풀리
85 : 벨트86 : 컨트롤러
90 : 계측수단91 : 압력게이지
92 : DAS
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치는 인젝터에서 분사된 액체가 채집되는 장방형의 콜렉터와, 상기 콜렉터의 단부를 인젝터의 동심축을 중심으로 회전시키는 구동수단과, 상기 콜렉터의 일측에 연결되어 상기 콜렉터에 채집되는 액체를 하측으로 배수하는 배수호스와, 상기 콜렉터의 하측에 배치되어 상기 배수호스에서 배수된 액체가 저장되는 저장조와, 상기 저장조에 저장되는 액체의 유량을 계측하는 계측수단을 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명에 의한 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정방법은 인젝터로부터 하방으로 액체가 분사되는 분사단계와, 상기 분사단계에서 분사된 액체중에서 중심을 기준으로 회전되는 일정 방위의 면적에 분사된 액체를 선별하여 채집하는 채집단계와, 상기 채집단계에서 채집된 액체를 측정하는 측정단계와, 상기 측정단계에서 측정된 값을 실시간으로 출력하는 출력단계를 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치가 도시된 간략도이다.
본 발명에 의한 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 인젝터(50)에서 분사된 액체가 채집되는 장방형의 콜렉터(60)와, 상기 콜렉터(60)의 단부를 인젝터의 동심축을 중심으로 회전시키는 구동수단(80)과, 상기 콜렉터(60)의 일측에 연결되어 상기 콜렉터(60)에 채집되는 액체를 하측으로 배수하는 배수호스(66)와, 상기 콜렉터(66)의 하측에 배치되어 상기 배수호스(66)에서 배수된 액체가 저장되는 저장조(70)와, 상기 저장조(70)에 저장되는 액체의 유량을 계측하는 계측수단(90)으로 구성된다.
한편, 상기 콜렉터(60)는 하측에 배수공이 형성되어 상기 콜렉터의 개구부(61)로 분사된 액체가 상기 배수호스(66)를 통해 상기 저장조로 배수되도록 구성되고, 상기 액체의 배수가 용이토록 하면(62)이 하방으로 경사지게 형성된다.
아울러, 상기 콜렉터(60)의 개구부(61)에는 셔터가 설치되어, 분사특성이 불안정한 분사초기에 밀폐되고 분사가 안정된 후 개방되도록 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 구동수단(80)은 전원이 인가되어 일측에 연결된 컨트롤러(86)에 의해 작동이 제어되며 회전되는 모터(81)의 회전축(82) 일측에 주동풀리(83)가 고정되고, 상기 콜렉터(60)의 회전축을 이루는 상기 배수호스(66)의 일측에 종동풀리(84)가 고정된다. 그리고, 상기 주동풀리(83)와 종동풀리(84)에 사이에는 벨트(85)가 연결시켜 상기 주동풀리의 회전력이 상기 종동풀리(84)로 전달되도록 구성되어, 상기 콜렉터(60)가 회전되도록 구성된다.
상기 계측수단(90)은 상기 저수조(70) 내부의 압력을 감지하는 압력센서 및 압력을 지시하는 압력게이지(91)를 포함하여 구성되어 작업자가 실험중에 변동되는 압력을 용이하게 관측할 수 있도록 구성되어, 상기 저수조(70)에 저장되는 분사액의 압력으로 인해 발생되는 압력변화를 후술되는 DAS(Dynamic Analysis System)(92)로 송출한다.
상기 DAS(92)는 상기 압력센서에서 송출된 전기적인 신호를 실기간으로 기록 및 저장하는 장치로서, 상기 신호를 출력값으로 전환시키는 제어부와, 상기 출력값을 표시하는 출력부와, 상기 출력값을 저장하는 저장부를 포함하여 구성된다.
도 4는 본 발명에 의한 시간 및 각도에 따른 인젝터의 분사량이 도시된 그래프로서, 상기 인젝터(50)를 통해 분사되는 액체의 유량이 시간(t) 또는 각도(deg)에 따라 일정한 선형을 유지한다.
그런데, 상기 그래프의 초기값 및 말기값은 상기 모터 및 인젝터의 분사가 안정되기전의 값이므로 급격한 경사를 이룬다.
한편, 상기 그래프의 편차가 규정편차 이상으로 발생되면 상기 인젝터는 불량이라고 판단한다.
도 5는 본 발명에 의한 인젝터의 분사량 자동측정의 과정이 도시된 플로우챠트로서, 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 저장조(42)에 액체를 채우고 펌프(44)를 작동시켜 공급호스(46)를 통해 상기 인젝터(50)에 액체를 공급한다.
또한, 상기 컨트롤러(86)를 조작하여 상기 모터(81)를 구동시키면 상기 주동풀리(83)가 회전되며 상기 종동풀리(84) 및 상기 콜렉터(60)를 일정속도로 회전시키고, 상기 인젝터(50)에서 분사된 액체가 상기 콜렉터(60)에 채집된다. 여기서, 상기 인젝터(50)의 정확한 분사량 측정을 위하여 상기 인젝터(50)에서 분사되는 액체의 압력을 적정 분사압력으로 조절하고, 상기 컨트롤러(86)를 통해 상기 모터(81)의 회전수를 설정회전수에 맞도록 조정한다.
상기와 같이 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치가 작동되면 일정시간동안 측정을 실시하고, 이때 측정된 측정값은 상기 DAS(92)를 통해 실시간으로 출력 및 저장된다. 보다 정확한 측정값을 위해 상기 측정값의 출력 및 저장시 초기 측정값 및 최후 측정값을 삭제하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 측정된 인젝터의 분사량 측정값을 인젝터 정상 분사량과 비교하여 상기 인젝터(50)의 합력 또는 불합격 여부를 판단한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치 및 방법을 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 구동수단(80)은 모터와, 상기 모터(81)의 회전축(82) 일측에 고정된 주동스프라켓과, 상기 콜렉터(60)의 회전축을 이루는 상기 배수호스(66)의 일측에 고정된 종동스프라켓과, 상기 주동스프라켓의 회전력을 상기 종동스프라켓에 전달하는 체인을 포함하여 구성되거나, 상기 콜렉터의 회전축에 연결되어 회전되는 스텝모터를 포함하여 구성될 수도 있다.
또한, 상기 계측수단(90)은 상기 저수조(70)의 하측에 설치되어 응력변화를 전기적인 신호로 변환하는 로드셀을 포함하는 구성으로 변형이 가능하다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치는 인젝터에서 분사되어 일정속도로 회전되는 장방형의 콜렉터에 채집된 분사액의 유량의 계측수단을 포함하여 구성되어, 인젝터에서 분사되는 액체의 유량이 실시간으로 자동적으로 계측되어 시간적, 공간적 분사량의 분석능력을 향상시킬 수 있는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치 및 방법을 제공하는데 있다.
Claims (13)
- 인젝터에서 분사된 액체가 채집되는 장방형의 콜렉터와, 상기 콜렉터의 단부를 인젝터의 동심축을 중심으로 회전시키는 구동수단과, 상기 콜렉터의 일측에 연결되어 상기 콜렉터에 채집되는 액체를 하측으로 배수하는 배수호스와, 상기 콜렉터의 하측에 배치되어 상기 배수호스에서 배수된 액체가 저장되는 저장조와, 상기 저장조에 저장되는 액체의 유량을 계측하는 계측수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치.
- 제 1항에 있어서,상기 콜렉터는 채집된 액체의 배수가 용이토록 하측면이 하방으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치.
- 제 1항에 있어서,상기 콜렉터는 상기 콜렉터의 개구부를 개폐하는 셔터를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치.
- 제 1항에 있어서,상기 구동수단은 모터와, 상기 모터의 회전축 일측에 고정된 주동풀리와, 상기 콜렉터의 회전축 일측에 고정된 종동풀리와, 상기 주동풀리의 회전력을 상기 종동풀리에 전달하는 벨트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치.
- 제 1항에 있어서,상기 구동수단은 모터와, 상기 모터의 회전축 일측에 고정된 주동스프라켓과, 상기 콜렉터의 회전축 일측에 고정된 종동스프라켓과, 상기 주동스프라켓의 회전력을 상기 종동스프라켓에 전달하는 체인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치.
- 제 1항에 있어서,상기 구동수단은 상기 콜렉터의 회전축에 연결되어 회전되는 스텝모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치.
- 제 1항에 있어서,상기 계측수단은 상기 저수조의 하측에 설치되어 응력변화를 전기적인 신호로 변환하는 로드셀을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치.
- 제 1항에 있어서,상기 계측수단은 상기 저수조 내부의 압력을 감지하는 압력센서 및 압력을 지시하는 압력게이지를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치.
- 제 8항에 있어서,상기 계측수단은 상기 계측수단에서 측정된 값을 실시간으로 기록 및 저장하는 DAS를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치.
- 제 9항에 있어서,상기 DAS는 상기 측정값을 출력값으로 전환시키는 제어부와, 상기 출력값을 표시하는 출력부와, 상기 출력값을 저장하는 저장부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정장치.
- 인젝터로부터 하방으로 액체가 분사되는 분사단계와, 상기 분사단계에서 분사된 액체중에서 중심을 기준으로 회전되는 일정 방위의 면적에 분사된 액체를 선별하여 채집하는 채집단계와, 상기 채집단계에서 채집된 액체를 측정하는 측정단계와, 상기 측정단계에서 측정된 값을 실시간으로 출력하는 출력단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정방법.
- 제 11항에 있어서,상기 측정단계에서 측정된 값을 저장하는 저장단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정방법.
- 제 12항에 있어서,상기 측정단계에서 분사량이 불안정한 작동 초기의 측정값 및 말기의 측정값을 삭제하는 것을 특징으로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 분사량 자동측정방법.
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| KR (1) | KR20040009474A (ko) |
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2002
- 2002-07-23 KR KR1020020043425A patent/KR20040009474A/ko not_active Application Discontinuation
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