KR20060060435A

KR20060060435A - 2단 슬라이딩부재를 이용한 모터구동방식의 액체로켓 유량제어밸브

Info

Publication number: KR20060060435A
Application number: KR1020040099499A
Authority: KR
Inventors: 이중엽; 정태규; 하성업; 한상엽
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-05
Also published as: KR100589765B1

Abstract

개시된 액체로켓의 유량제어밸브는, 입,출구를 포함한 유로가 형성된 밸브몸체와, 그 유로 내에 고정 설치된 포펫과, 포펫에 대해 접근 및 이격이 가능하도록 설치되어 유로가 그 포펫과의 벌어진 틈새를 경유하도록 만드는 슬라이딩부재 및, 슬라이딩부재를 왕복이동시킴으로써 틈새의 개도를 가변시키는 구동기구를 포함한다. 이와 같은 구조에서는, 포펫을 고정시켜 놓고 슬라이딩부재를 움직이며 틈새의 개도를 조정하기 때문에, 고유량 제어 시에도 포펫을 특별히 크게 만들지 않아도 되고, 그에 따라 커다란 포펫 구동기구를 설치할 필요도 없어져서 전체 밸브를 경량화할 수 있다.

액체로켓, 유량제어, 밸브, 포펫

Description

2단 슬라이딩부재를 이용한 모터구동방식의 액체로켓 유량제어밸브{Motor driven flow control valve for liquid rocket using 2 step sliding member}

도 1은 본 발명에 따른 액체로켓 유량제어밸브의 내부 구조를 도시한 단면 사시도,

도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 유량제어밸브의 작동 상태를 단계적으로 보인 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100...유량제어밸브 110...밸브몸체

120...포펫 130...슬라이딩부재

131...상부슬라이더 132...하부슬라이더

140...구동기구 141...랙

142...피니언 143...모터

d1,d2,d3...틈새

본 발명은 액체로켓의 추력제어와 공연비제어 등을 목적으로 하는 유량제어 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 액체로켓은, 액체 상태의 연료와 산화제를 혼합하여 연소실에서 태우고, 그 배기가스를 노즐을 통해 분출함으로써 작용-반작용 원리에 따른 추진력을 얻어내는 비행장치이다. 이와 같은 액체로켓은 밸브와 펌프를 통해 연소량을 쉽게 조절할 수 있는 장점을 가지고 있어서 고체형 로켓에 비해 선호되고 있는 추세이다.

이와 같이 액체로켓의 연소량을 조절하기 위해서는 연소실에 공급되는 연료 및 산화제의 유량을 조절하기 위한 유량제어밸브가 필요한데, 종래에는 이 유량조절밸브로서 통상적인 포펫(poppet) 밸브가 주로 사용되었다. 포펫밸브는 밸브의 유로 중에 포펫이라는 개폐용 부재를 왕복이동가능하게 설치하여, 그 포펫의 움직임으로 유로를 선택적으로 개폐하면서 개도를 조정하는 구조로 되어 있다.

그런데, 이와 같은 종래의 포펫밸브의 경우에, 유량의 제어범위를 확대하기 위해 개도를 넓히면, 그 개도에 맞게 포펫도 크게 만들어야 하고 그 구동기구 역시 커져야 하기 때문에, 밸브의 몸체가 커지는 문제점이 있다. 액체로켓의 경우에 대부분 고유량 밸브를 사용하는 점을 감안하면, 이와 같이 밸브의 몸체가 커지는 것은 액체로켓 전체의 무게를 상당히 증가시키는 문제점으로 나타나게 된다.

한편, 이러한 문제를 해소하고자 유로를 복잡하게 형성하면, 밸브 입출측 간의 차압이 심하게 발생하여 원활한 유량제어가 이루어지지 못하는 또 다른 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 몸체를 크게 만들지 않고도 유량제어 범위를 확대할 수 있으며 차압 발생의 가능성도 줄일 수 있도록 개선된 액체로켓의 유량제어밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액체로켓용 유량제어밸브는, 입,출구를 포함한 유로가 형성된 밸브몸체; 상기 유로 내에 고정 설치된 포펫; 상기 포펫에 대해 접근 및 이격이 가능하도록 설치되어 상기 유로가 그 포펫과의 벌어진 틈새를 경유하도록 만드는 슬라이딩부재; 상기 슬라이딩부재를 왕복이동시킴으로써 상기 틈새의 개도를 가변시키는 구동기구;를 구비한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체로켓의 유량제어밸브(100)를 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 우선 유체가 통과하도록 밸브몸체(110)에 형성된 유로 안에 포펫(120)이 고정 설치되어 있다. 즉, 기존의 포펫밸브에서는 유로 안에서 포펫이 움직이며 개도를 조정하게 되어 있었지만, 본 발명에서는 반대로 포펫(120)이 유로 안에 고정되어 있다. 대신, 상,하부슬라이더(131)(132)로 이루어진 슬라이딩부재(130)가 이 포펫(120)에 대해 접근 및 이격이 가능하게 설치되어 있다. 상기 하부슬라이더(132)는 유로의 입구(101)와 연통된 유입관(103)의 외주면에 슬라이딩 가능하게 설치되고, 상부슬라이더(131)는 이 하부슬라이더(132)의 외주면에 슬라이 딩 가능하게 설치되어 있다. 그리고, 상부슬라이더(131)에는 하부슬라이더(132)의 제1,2걸림턱(132a)(132b)에 걸릴 수 있는 슬라이딩핀(131a)이 마련되어 있어서, 후술할 구동기구(140)에 의해 상부슬라이더(131)가 움직이면 하부슬라이더(132)도 연동되어 움직일 수 있게 되어 있다. 즉, 마치 외눈 망원경의 다단식 경통 구조와 같이 텔레스코픽 연동이 되는 것이다.

그리고, 상기 구동기구로서는, 상부슬라이더(131)에 설치된 랙(141)과, 그 랙(141)에 맞물린 피니언(142) 및, 피니언(142)을 회전구동시키는 모터(143) 등이 구비된다. 따라서, 모터(143)에 의해 피니언(142)이 정,역회전하면, 랙(141)이 설치된 상부슬라이더(131)가 전후진하게 되며, 상기 슬라이딩핀(131a)이 제1,2걸림턱(132a)(132b)에 걸리면 하부슬라이더(132)도 따라서 움직이게 된다.

이와 같은 구성의 액체로켓용 유량제어밸브에 있어서, 액체연료나 산화제 등의 유체를 연소실에 공급하지 않을 때에는 도 2에 도시된 바와 같이 슬라이딩부재(130)의 상부슬라이더(131)가 포펫(120)의 유선형 외주면에 밀착된 상태가 된다. 이렇게 되면 포펫(120)과 상부슬라이더(131) 사이가 막혀 있기 때문에 입구(101)와 유입관(103)을 통해 들어온 유체가 출구(102) 쪽으로 공급되지 않고 대기상태로 있게 된다.

이 상태에서 유체 공급을 위한 작동신호가 입력되면, 모터(143)가 회전하게 되면서 도 3과 같이 슬라이딩부재(130)의 상부슬라이더(131)가 입구(101) 쪽으로 움직이게 되며, 이에 따라 상부슬라이더(131)와 포펫(120) 사이의 틈새(d1)가 벌어지게 된다. 이렇게 되면 입구(101)와 유입관(103)을 통해 들어온 유체가 이 틈새 (d1)를 통해 출구(102)로 빠져나가서 연소실 등에 공급된다. 이 상태는 상부슬라이더(131)만 움직인 상태이며 하부슬라이더(132)는 아직 움직이지 않은 상태가 된다. 즉, 상부슬라이더(131)만 움직이면서 생긴 좁은 틈새(d1)를 통해 유체가 공급되기 때문에, 비교적 적은 유량을 공급하고자 할 경우에 이 개도 상태를 유지한다.

그러나, 이보다 더 큰 유량을 공급하고자 할 경우에는, 모터(143)를 같은 방향으로 더 구동하여 도 4에 도시된 바와 같이 하부슬라이더(132)도 입구(101) 쪽으로 움직이게 한다. 즉, 상부슬라이더(131)의 슬라이딩핀(131a)이 하부슬라이더(132)의 제1걸림턱(132a)에 걸린 상태로 더 움직이면서 하부슬라이더(132)도 입구(101) 쪽으로 이동되게 하는 것이다. 그러면, 포펫(120)과 슬라이딩부재(130) 사이의 틈새(d2)가 도 3의 상태보다 더욱 벌어지게 되어 연소실 등에 더 큰 유량이 공급될 수 있게 된다.

반대로, 도 4와 같이 큰 유량을 공급하는 모드에서 적은 유량을 공급하는 모드로 전환할 때에는 모터(143)를 반대방향으로 돌려서, 도 5와 같이 슬라이딩핀(131a)과 제2걸림턱(132b)이 닿는 위치까지 상부슬라이더(131)가 출구(102) 쪽으로 움직이게 한다. 이 상태는 전술한 도 3의 경우와 비교했을 때 상,하부슬라이더(131)(132)의 위치가 약간 다르지만, 포펫(120)과 슬라이딩부재(130)간 틈새의 개도는 거의 동일하다(d3≒d1). 즉, 도 4와 같이 큰 유량을 공급하는 상태보다 상대적으로 틈새(d3)가 좁아져서 공급 유량이 감소하게 되는 것이다.

그리고, 유체공급을 정지하고자 할 경우에는 도 5처럼 슬라이딩핀(131a)이 제2걸림턱(132b)에 걸린 상태에서 상부슬라이더(131)를 출구(102) 쪽으로 더 이동 시켜서 하부슬라이더(132)도 따라서 출구(102) 쪽으로 이동하게 한다. 그러면, 상부슬라이더(131)가 포펫(120)에 밀착하면서 도 2의 대기 상태로 되돌아가게 된다.

이와 같이, 고정된 포펫(120)에 대해 슬라이딩부재(130)를 접근 및 이격시키면서 틈새의 개도를 조정하여 유량을 제어하는 것이다.

한편, 포펫(120)의 외주면을 도면과 같이 유선형 모양으로 만들면, 형상항력을 줄일 수 있기 때문에, 입출구 측의 차압발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 액체로켓의 유량제어밸브는 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 포펫을 고정시켜 놓고 슬라이딩부재를 움직이며 틈새의 개도를 조정하기 때문에, 고유량 제어 시에도 포펫을 특별히 크게 만들지 않아도 되고 따라서 커다란 포펫 구동기구를 설치할 필요도 없어져서 전체 밸브를 경량화할 수 있다.

둘째, 개도 조정을 위한 슬라이딩부재를 상,하부슬라이더의 2단으로 구성함으로써 작은 행정거리에서도 유량제어를 위한 개도 조정 범위를 극대화할 수 있다.

셋째, 포펫의 외주면 형상을 유선형 모양으로 하여 형상항력을 줄임으로써 차압발생을 억제할 수 있다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims

입,출구를 포함한 유로가 형성된 밸브몸체;

상기 유로 내에 고정 설치된 포펫;

상기 포펫에 대해 접근 및 이격이 가능하도록 설치되어 상기 유로가 그 포펫과의 벌어진 틈새를 경유하도록 만드는 슬라이딩부재;

상기 슬라이딩부재를 왕복이동시킴으로써 상기 틈새의 개도를 가변시키는 구동기구;를 구비하는 액체로켓의 유량제어밸브.
제1항에 있어서,

상기 슬라이딩부재는,

상기 입구와 연통된 유입관의 외주면에 슬라이딩 가능하게 설치된 하부슬라이더와,

상기 하부슬라이더의 외주면에 슬라이딩 가능하게 설치된 상부슬라이더를 포함하며,

상기 상,하부슬라이더는 텔레스코픽 연동이 가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 액체로켓의 유량제어밸브.
제1항에 있어서,

상기 구동기구는,

상기 슬라이딩부재에 설치된 랙과, 상기 랙에 맞물리는 피니언과, 상기 피니 언을 회전구동시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체로켓의 유량제어밸브.
제1항에 있어서,

상기 포펫의 외주면은 유선형 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 액체로켓의 유량제어밸브.