KR20110076263A

KR20110076263A - 박판을 이용한 액체로켓엔진용 연소기 노즐부 외피 제작 방법 및 제작 장치

Info

Publication number: KR20110076263A
Application number: KR1020090132927A
Authority: KR
Inventors: 김종규; 한영민; 유철성; 최환석
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2011-07-06
Also published as: KR101144002B1

Abstract

본 발명은 액체로켓엔진의 연소기 노즐부 외피 제작장치 및 제작방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 평판의 전개형 시편으로부터 연소기 노즐부 외피를 제작하는 방법 및 연소기 노즐부 외피 제작에 이용되는 성형 치구와 프레싱 치구에 관한 것으로, 원뿔대형의 평편한 전개형 시편을 복수의 롤러를 이용하여 시편이 곡률을 가지도록 하는 곡률형성단계와 곡률이 형성된 시편의 양 측단을 연결하여 원뿔대형 외피를 만드는 연결단계와 상기 원뿔대형 외피를 성형 치구에 끼운 후에 스피닝(spinning)하여 하단 둘레를 따라 외측으로 접히는 플랜지를 형성하는 플랜지 형성단계와 상기 원뿔대형 외피의 하단이 상부를 향하도록 상기 플랜지를 프레싱 하부 치구에 고정하고 벨(bell) 형상의 프레싱 상부 치구로 상기 원뿔대형 외피의 내주면을 상부에서 가압해주는 가압단계 및 상기 원뿔대형 외피를 성형 치구에 끼운 후에 상기 플랜지를 포함한 하단을 일부 잘라내어 종(bell)형으로 만드는 트리밍단계를 포함하는 노즐부 외피 제작방법을 제공한다.

또한, 상기 노즐부 외피 제작방법에 사용되는 장치에 해당하는 성형 치구 및 프레싱 치구도 제공한다.

액체로켓엔진, 연소기 노즐 외피부, 박판(Sheet Metal), 롤링(Rolling), 프 레스(Press), 티그 용접(Tig Welding)

Description

박판을 이용한 액체로켓엔진용 연소기 노즐부 외피 제작 방법 및 제작 장치 {Fabrication Method of Outer Jacket of Combustion Chamber Nozzle for Liquid Rocket Engine Using Sheet Metal}

본 발명은 액체로켓엔진의 연소기 노즐부 외피 제작장치 및 제작방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 평판의 전개형 시편으로부터 연소기 노즐부 외피를 제작하는 방법 및 연소기 노즐부 외피 제작에 이용되는 성형 치구와 프레싱 치구에 관한 것이다.

액체로켓엔진의 연소기 노즐부는 연소기 안에서 발생한 고압 및 고온의 연소가스를 팽창·가속시켜 추력을 얻게 하는 부분이다. 연소기 노즐부는 고온의 연소가스로부터 벽면을 보호하기 위해 냉각 채널을 갖는 노즐 내피부와 고압의 냉각 유체가 채널을 따라 흐르도록 하는 노즐 외피부로 이루어진다.

노즐 외피부는 노즐 내피채널의 표피와 브레이징 접합되어 냉각 채널을 형성하여 고압의 냉각 유체가 흐르도록 한다. 이러한 노즐 외피부는 노즐내피부의 소재인 스테인리스스틸과 브레이징하기에 적합한 이중(Duplex) 스테인리스스틸 소재를 사용한다.

노즐부의 형상은 고온의 가스를 팽창시켜 가속시켜야 하므로 한쪽 방향으로 점차 크기가 커지는 종(bell) 형태가 되어야 한다. 즉 노즐 내피부와 브레이징 접합되는 최외곽 부분에서 얇은 두께의 외피만 남고 내부는 비어 있는 구조물이 되어야 한다.

종래에 노즐 외피부는 실린더형 소재에서 안쪽과 바깥쪽을 전부 가공하여 제작하거나 주물제작을 하였다. 그러나 이러한 방법은 소재비용 및 제작비용이 높고 제작기간이 길다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 평판의 전개형 시편을 이용하여 노즐 외피부를 제작함으로써 제작비용이 감축되고 제작기간이 단축된 노즐부 외피 제작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 원뿔대형의 평편한 전개형 시편(10)을 복수의 롤러를 이용하여 시편이 곡률을 가지도록 하는 곡률형성단계(S10);와 곡률이 형성된 시편의 양 측단을 연결하여 원뿔대형 외피(20)를 만드는 연결단계(S20);와 상기 원뿔대형 외피(20)를 성형 치구(100)에 끼운 후에 스피닝(spinning)하여 하단 둘레를 따라 외측으로 접히는 플랜지(21)를 형성하는 플랜지 형성단계(S30);와 상기 원뿔대형 외피(20)의 하단이 상부를 향하도록 상기 플랜지(21)를 프레싱 하부 치구(210)에 고정하고 벨(bell) 형상의 프레싱 상부 치구(230)로 상기 원뿔대형 외피(20)의 내주면을 상부에서 가압해주는 가압단계(S40); 및 상기 원뿔대형 외피(20)를 성형 치구(100)에 끼운 후에 상기 플랜지(21)를 포함한 하단을 일부 잘라내어 종(bell)형으로 만드는 트리밍단계(S50);를 포함하는 노즐부 외피 제작방법을 제공한다.

또한, 상기 S20 단계와 S30 단계 사이에는, 상기 원뿔대형 외피(20)를 성형 치구(100)에 끼운 후에 상단 및 하단을 일정 부분 절단하는 상하단 가공단계(S25)를 더 포함하는 것이 가능하다.

또한, 상기 S50 단계 다음에는, 상기 종형의 외피(30)의 상단 및 하단에 각 각 마감 링(40a, 40b)을 부착하는 종형외피 완성단계(S60)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 연결단계(S20)는 상기 시편의 양 측단을 용접하여 연결하는 것이 바람직하며, 이는 상기 S60 단계에서, 상기 마감 링(40a, 40b)이 상기 종형의 외피(30) 상단 및 하단에 각각 부착되는 경우도 동일하다.

또한, 상기 S30 단계에서, 상기 플랜지(21)는 고정홈(21a)을 구비하도록 스피닝(spinning)되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 S40 단계에서, 상기 원뿔대형 외피(20)의 상단이 하부를 향하되 고정장치가 없이 자유로운 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 S50 단계는, 상기 원뿔대형 외피(20)의 상단 일부를 잘라내는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 S40 단계에서, 상기 프레싱 상부치구(230)의 외주면에는 일정 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 노즐부 외피를 제작하는 과정에서 원뿔대형 외피(20)를 고정하여 성형할 수 있게 하는 장치에 관한 것으로, 기둥 형상으로 중심에 세워지는 메인프레임(110);과 상기 메인프레임(110)의 상부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 상부 내측 플랜지(120);와 상기 메인프레임(110)의 하부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 하부 내측 플랜지(130);와 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)에 원뿔대형 외피(20)를 끼운 후에 외측에서 상기 원뿔대형 외피(20)를 눌러주도록 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)의 끝단 연장선상에 각각 끼워지되 상호 연결프레임(145)에 의해 연결되는 링 형상의 상·하부 외측 플랜지(140,150); 및 상기 메인프레임(110)의 하단 부분에 구비되어 일단은 상기 하부 내측 플랜지(130)와 볼트결합되고 타단은 상기 하부 외측 플랜지(150)와 볼트결합되는 제1 외측 플랜지 고정 프레임(160);을 포함하여 구성되는 성형 치구도 제공한다.

여기서, 상기 제1 외측 플랜지 고정 프레임(160)은, 상기 하부 내·외측 플랜지(130,150)와 일정 간격 이격하여 구비되어, 그 이격 공간에 상기 원뿔대형 외피(20)의 하단이 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)는, 상기 메인프레임(110)을 중심으로 방사상으로 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)에 각각 연결되는 복수의 연결프레임(121,131)에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연결프레임(121,131) 사이에는 이격 프레임(125)이 추가로 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)는, 각각 상기 메인프레임(110)의 소정 위치에 중심이 고정된 원판 형상(미도시)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인프레임(110)의 상단 부분에 구비되어 일단은 상기 상부 내측 플랜지(120)와 볼트결합되고 타단은 상기 상부 외측 플랜지(140)와 볼트결합되는 제2 외측 플랜지 고정 프레임(170)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 외측 플랜지 고정 프레임(170)은, 상기 상부 내·외측 플랜지(120,140)와 일정 간격 이격하여 구비되어, 그 이격 공간에 상기 원뿔대형 외 피(20)의 상단이 위치하는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명은, 노즐부 외피를 제작하는 과정에서 원뿔대형 외피(20)를 고정하여 성형할 수 있게 하는 장치에 관한 것으로, 기둥 형상으로 중심에 세워지는 메인프레임(110);과 상기 메인프레임(110)의 상부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 상부 내측 플랜지(120);와 상기 메인프레임(110)의 하부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 하부 내측 플랜지(130);와 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)에 원뿔대형 외피(20)를 끼운 후에 외측에서 상기 원뿔대형 외피(20)를 눌러주도록 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)의 끝단 연장선상에 각각 끼워지되 상호 연결프레임(145)에 의해 연결되는 링 형상의 상·하부 외측 플랜지(140,150); 및 상기 메인프레임(110)의 상단 부분에 구비되어 일단은 상기 상부 내측 플랜지(120)와 볼트결합되고 타단은 상기 상부 외측 플랜지(140)와 볼트결합되는 제2 외측 플랜지 고정 프레임(170);을 포함하여 구성되는 성형 치구도 제공한다.

여기서, 상기 제2 외측 플랜지 고정 프레임(170)은, 상기 상부 내·외측 플랜지(120,140)와 일정 간격 이격하여 구비되어, 그 이격 공간에 상기 원뿔대형 외피(20)의 상단이 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연결프레임(121,131) 사이에는 이격 프레임(125)이 추가로 구비 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 외측 플랜지(150)에는, 하면에 고정홈 생성부(151)를 구비하여 상기 원뿔대형 외피(20)를 스피닝(spinning)하여 하단 둘레를 따라 외측으로 접히는 플랜지(21)를 생성하는 과정에서 플랜지(21)에 고정홈(21a)이 생성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 노즐부 외피를 제작하는 과정에서 원뿔대형 외피(20)를 고정하여 프레싱할 수 있게 하는 장치에 관한 것으로, 원뿔대형 외피(20)의 하단이 상부를 향하도록 내부에 수용하고, 원뿔대형 외피(20)의 하단 둘레에 구비된 플랜지(21)를 단단히 고정해주는 플랜지 고정단(211)을 상단 둘레를 따라 구비하는 프레싱 하부 치구(210); 및 상기 프레싱 하부 치구(210)에 수용된 원뿔대형 외피(20)의 내주면을 상부에서 가압하면서 눌러주는 벨(bell) 형상의 프레싱 상부 치구(220);를 포함하여 구성되는 프레싱 치구도 제공한다.

여기서, 상기 원뿔대형 외피(20)의 상단은 하부를 향하되 고정장치가 없는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레싱 상부치구(230)의 외주면에는 일정 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플랜지 고정단(211)에는 고정돌기(212)가 구비되어 상기 원뿔대형 외피(20)에 구비된 고정홈(21a)이 끼워지는 것을 특징으로 한다.

본 박판을 이용한 액체로켓엔진 연소기 노즐부 외피 제작에 대한 공정은 실린더 소재를 사용하여 벨 형상에 맞게 내부 및 외부를 가공하는 방법과 주물을 이용하는 방법에 비해 소재 및 제작비용, 그리고 제작시간을 절감시킬 수 있는 것으로 특히 대형 연소기 노즐부를 제작하는데 그 효과가 매우 크다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.

도 1은 액체로켓엔진의 연소기 노즐부 외피 제작방법의 순서를 개략적으로 나타낸 순서도이고, 도 2a 내지 도 2i는 상기 도 1에 따른 액체로켓엔진의 연소기 노즐부 외피 제작방법의 순서를 도면으로 도시한 것이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명인 성형 치구의 실시예들을 나타내는 단면도이고, 도 6은 본 발명인 프레싱 치구 의 실시예를 나타내는 단면도이다.

이하에서는, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명인 성형 치구(100) 및 프레싱 치구(200)의 설명을 선행하고, 도 1 내지 도 2i를 참조하여 박판을 이용한 액체로켓엔진용 연소기 노즐부 외피 제작 방법을 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 5에서 보듯이, 본 발명에 따른 성형 치구(100)는 박판을 이용한 액체로켓엔진용 연소기 노즐부 외피 제작 방법에서 어느 단계에서 사용되느냐에 따라 그 실시 형태를 변형해서 사용하게 된다. 본 발명에서 성형 치구(100)는 원뿔대형 외피(20)를 고정한 상태에서 상단 또는 하단에 절단, 스피닝(spinning) 등 다양한 성형을 가할 수 있도록 하는 장치에 해당한다. 각 실시예(1 내지 3) 별로 상세히 설명하도록 한다.

아울러 본 발명에서 원뿔대형 외피(20)의 상단은 상하면 중에서 단면의 넓이가 더 적은 면을 의미하고, 하단은 상하면 중에서 단면의 넓이가 더 넓은 면을 의미한다.

도 3 내지 도 5에서 보듯이, 본 발명에 따른 성형 치구(100)는 실시예를 불문하고 공통적인 구성요소를 구비하며, 이는 다음과 같다.

즉, 본 발명에 따른 성형 치구(100)는, 노즐부 외피를 제작하는 과정에서 원뿔대형 외피(20)를 고정하여 성형할 수 있게 하는 장치에 관한 것으로, 기둥 형상으로 중심에 세워지는 메인프레임(110);과 상기 메인프레임(110)의 상부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 상부 내측 플랜 지(120);와 상기 메인프레임(110)의 하부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 하부 내측 플랜지(130);와 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)에 원뿔대형 외피(20)를 끼운 후에 외측에서 상기 원뿔대형 외피(20)를 눌러주도록 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)의 끝단 연장선상에 각각 끼워지되 상호 연결프레임(145)에 의해 연결되는 링 형상의 상·하부 외측 플랜지(140,150);가 이에 해당한다.

하지만, 상기 각 실시예들에 공통적으로 구비되는 구성요소만으로는 상기 구성요소들 중 상·하부 외측 플랜지(140,150)가 제 역할을 수행할 수 없는 것을 알 수 있다. 즉, 이들은 외측에서 원뿔대형 외피(20)를 눌러서 고정해 주는 역할을 해야 하는데, 제1 또는 제2 외측 플랜지 고정 프레임(160 또는 170)이 없이는 지지력을 받을 수 없이 따로 분리된 형상을 구비하게 된다. 그러므로, 상기 각 실시예들은 제1 또는 제2 외측 플랜지 고정 프레임(160 또는 170) 중 어느 하나 이상을 필수적으로 구비해야만 한다.

이에, 실시예1은 제1 외측 플랜지 고정프레임(160)을, 실시예2는 제2 외측 플랜지 고정프레임(170)을, 실시예3은 양자 모두를 구비하는 경우를 상정한 것이다. 실시예3을 설명하면 실시예1 및 실시예2의 설명도 자연스레 해결되므로 실시예3을 중심으로 설명하도록 한다.

도 5에서 보듯이 본 발명에 따른 실시예3은, 노즐부 외피를 제작하는 과정에서 원뿔대형 외피(20)를 고정하여 성형할 수 있게 하는 장치에 관한 것으로,

기둥 형상으로 중심에 세워지는 메인프레임(110);과 상기 메인프레임(110)의 상부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 상부 내측 플랜지(120);와 상기 메인프레임(110)의 하부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 하부 내측 플랜지(130);와 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)에 원뿔대형 외피(20)를 끼운 후에 외측에서 상기 원뿔대형 외피(20)를 눌러주도록 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)의 끝단 연장선상에 각각 끼워지되 상호 연결프레임(145)에 의해 연결되는 링 형상의 상·하부 외측 플랜지(140,150);와 상기 메인프레임(110)의 하단 부분에 구비되어 일단은 상기 하부 내측 플랜지(130)와 볼트결합되고 타단은 상기 하부 외측 플랜지(150)와 볼트결합되는 제1 외측 플랜지 고정 프레임(160); 및 상기 메인프레임(110)의 상단 부분에 구비되어 일단은 상기 상부 내측 플랜지(120)와 볼트결합되고 타단은 상기 상부 외측 플랜지(140)와 볼트결합되는 제2 외측 플랜지 고정 프레임(170)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 실시예3은 원뿔대형 외피(20)를 고정한 상태에서 상단 또는 하단의 절단 등의 작업을 할 수 있는 것으로, 이하 설명할 노즐부 외피 제작방법에서는 상하단 가공단계(S25) 또는 트리밍 단계(S50)에서 활용하는 것이 가능하다.

본 실시예3은 제1 및 제2 외측 플랜지 고정 프레임(160,170)을 모두 구비하여 원뿔대형 외피(20)를 단단히 고정하는 것이 가능하다는 장점은 있으나, 간단한 절단 작업을 하는 경우라면 실시예1 또는 2를 활용하는 것이 편리할 것이다.

또한, 상기 제1 외측 플랜지 고정 프레임(160)은, 상기 하부 내·외측 플랜 지(130,150)와 일정 간격 이격하여 구비되어, 그 이격 공간에 상기 원뿔대형 외피(20)의 하단이 위치하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2 외측 플랜지 고정 프레임(170)은, 상기 상부 내·외측 플랜지(120,140)와 일정 간격 이격하여 구비되어, 그 이격 공간에 상기 원뿔대형 외피(20)의 상단이 위치하는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 원뿔대형 외피(20)가 끼워진 상태에서 이의 상단 및 하단은 돌출된 형상이 될 것이고, 돌출된 부분을 가공하고자 본 발명을 활용하는 것이므로 이를 위한 공간이 구비되어야 한다. 이 역할을 하는 것이 이격 공간에 해당한다.

즉, 중심축의 역할을 하는 메인프레임(110)에서 방사상으로 뻣어 나가는 연결프레임(121,131)에 의해 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)가 연결되어 소정 위치에 고정되는 것이다.

여기서, 상기 연결프레임(121,131) 사이에는 이격프레임(125)이 추가로 구비되는 것을 특징으로 한다. 다만, 이격프레임(125)에 의해 연결되는 연결프레임(121,131)은 상하로 동일 위치인 것이 바람직하다.

또한, 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)는, 각각 상기 메인프레임(110)의 소정 위치에 중심이 고정된 원판 형상(미도시)으로 구비되는 것도 가능하다. 즉, 별도의 연결프레임(121,131) 없이 전체적으로 연결된 원판 형상으로 구비되는 것도 가능하다는 것이다.

도 3에서 보듯이 본 발명에 따른 실시예1은 상기 실시예3의 구성에서 제2 외측 플랜지 고정프레임(170)을 제외한 것이 해당된다.

실시예1은 상기 실시예3과 같이 원뿔대형 외피(20)를 고정한 상태에서 상단 또는 하단의 절단 등의 작업을 할 수 있는 것으로, 이하 설명할 노즐부 외피 제작방법에서는 상하단 가공단계(S25) 또는 트리밍 단계(S50)에서 활용하는 것이 가능하다.

도 4에서 보듯이 본 발명에 따른 실시예2는 상기 실시예3의 구성에서 제1 외측 플랜지 고정프레임(160)을 제외한 것이 해당된다.

실시예2 또한 상기 실시예3과 같이 원뿔대형 외피(20)를 고정한 상태에서 상단 또는 하단의 절단 등의 작업을 할 수 있는 것으로, 이하 설명할 노즐부 외피 제작방법에서는 상하단 가공단계(S25) 또는 트리밍 단계(S50)에서 활용하는 것이 가능하다.

다만, 본 발명에서는 원뿔대형 외피(20)를 성형 치구(100)에 끼운 후에 스피닝(spinning)하여 하단 둘레를 따라 외측으로 접히는 플랜지(21)를 형성하는 플랜지 형성단계(S30)을 구비하는데, 형성되는 플랜지(21)에는 고정홈(21a)을 구비하여 가압단계(S40)에서 원뿔대형 외피(20)의 고정을 용이하게 하여 가압이 용이하도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 하면에 고정홈 생성부(151)를 구비하여 상기 원뿔대형 외피(20)를 스피닝(spinning)하여 하단 둘레를 따라 외측으로 접히는 플랜지(21)를 생성하는 과정에서 플랜지(21)에 고정홈(21a)이 생성되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 플랜지 형성단계(S30)에서는 상기 하부 내·외측 플랜지(130,150)의 외측으로 돌출된 하단을 가압하는 스피닝(spinning)에 의해 플랜지(21)가 형성되므로 가압 장비가 용이하게 접근이 가능해야 한다. 이러한 이유로 플랜지 형성단계(S30)에서는 상기 제1 외측 플랜지 고정프레임(160)을 구비하지 않은 실시예2를 이용하여 작업을 편리하게 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 6에서 보듯이 본 발명에 따른 프레싱 치구(200)는 노즐부 외피를 제작하는 과정에서 원뿔대형 외피(20)를 고정하여 프레싱할 수 있게 하는 장치에 관한 것으로,

원뿔대형 외피(20)의 하단이 상부를 향하도록 내부에 수용하고, 원뿔대형 외피(20)의 하단 둘레에 구비된 플랜지(21)를 단단히 고정해주는 플랜지 고정단(211)을 상단 둘레를 따라 구비하는 프레싱 하부 치구(210); 및 상기 프레싱 하부 치구(210)에 수용된 원뿔대형 외피(20)의 내주면을 상부에서 가압하면서 눌러주는 벨(bell) 형상의 프레싱 상부 치구(220);를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 플랜지 고정단(211)에는 고정돌기(212)가 구비되어 상기 원뿔대형 외피(20)에 구비된 고정홈(21a)이 끼워지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 원뿔대형 외피(20)의 상단은 하부를 향하되 고정장치가 없는 것을 특징으로 하며, 상기 외피(20)는 원뿔대 형상을 구비하고 있어 내측에서 가해지 는 압력이 전면에 고루 분포되기만 한다면 어느 일측으로 밀리지 않을 것이므로 상기 고정단(211)을 구비하는 것으로 충분하기 때문이다.

또한, 상기 프레싱 상부치구(230)의 외주면에는 일정 패턴이 형성되어, 상기 프레싱 상부치구(230)에 의해 가압될 상기 원뿔대형 외피(20)에 패턴을 형성하는 것을 가능하게 할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 2i를 참조하여 박판을 이용한 액체로켓엔진용 연소기 노즐부 외피 제작 방법을 설명하기로 한다. 도 2a 내지 도 2i는 각 단계에서의 작업과정을 보여주는 도면으로, 각 단계에서 시행되는 작업의 단면도에 해당하며, 대칭되는 경우에는 어느 일측만을 도시했음을 밝혀둔다.

도 1에서 보듯이 본 발명인 노즐부 외피 제작 방법은 곡률 형성 단계(S10), 연결단계(S20), 플랜지 형성단계(S30), 가압 단계(S40) 및 트리밍 단계(S50)를 포함하여 구성되며, 상기 S20 단계와 S30 단계 사이에 상하단 가공단계(S25)를, 상기 S50 단계 다음에는 종형외피 완성단계(S60)를 추가로 구비하는 것이 가능하다.

즉, 원뿔대형의 평편한 전개형 시편(10)을 복수의 롤러를 이용하여 시편이 곡률을 가지도록 하는 곡률형성단계(S10);와 곡률이 형성된 시편의 양 측단을 연결하여 원뿔대형 외피(20)를 만드는 연결단계(S20);와 상기 원뿔대형 외피(20)를 성형 치구(100)에 끼운 후에 스피닝(spinning)하여 하단 둘레를 따라 외측으로 접히는 플랜지(21)를 형성하는 플랜지 형성단계(S30);와 상기 원뿔대형 외피(20)의 하단이 상부를 향하도록 상기 플랜지(21)를 프레싱 하부 치구(210)에 고정하고 벨(bell) 형상의 프레싱 상부 치구(230)로 상기 원뿔대형 외피(20)의 내주면을 상부에서 가압해주는 가압단계(S40); 및 상기 원뿔대형 외피(20)를 성형 치구(100)에 끼운 후에 상기 플랜지(21)를 포함한 하단을 일부 잘라내어 종(bell)형으로 만드는 트리밍단계(S50);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,

상기 S20 단계와 S30 단계 사이에는, 상기 원뿔대형 외피(20)를 성형 치구(100)에 끼운 후에 상단 및 하단을 일정 부분 절단하는 상하단 가공단계(S25)를 더 포함하는 것이 가능하다.

또한, 상기 S50 단계 다음에는, 상기 종형의 외피(30)의 상단 및 하단에 각각 마감 링(40a, 40b)을 부착하는 종형외피 완성단계(S60)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이하, 각 단계별로 설명한다.

도 2a는 전개형 시편(10)을 나타낸 도면이며, 도 2b는 롤러(11)(12)(13)를 이용하여 전개형 시편(10)에 곡률을 형성하는 것을 나타낸 도면이다.

곡률형성단계(S10)에서는 원추형의 평편한 전개형 시편(10)을 복수의 롤러를 이용하여 전개형 시편(10)이 곡률을 가지도록 한다.

전개형 시편(10)은 얇은 판에 노즐 외피부의 전개도를 그리고 상기 전개도에 따라 시편을 절단하여 얻을 수 있다. 상기 판의 두께는 0.5 mm 내지 20 mm일 수 있다.

다음으로 복수의 롤러를 이용하여 상기 전개형 시편(10)이 곡률을 가지도록 한다. 상기 롤러의 개수는 3개인 것이 바람직하며 3개의 롤러(11)(12)(13) 중심이 삼각형을 이루도록 배치된다.

좌측롤러(11)와 상단롤러(12) 사이로 시편(10)이 도입되어서 상단롤러(12)와 우측롤러(13) 사이로 배출된다. 상기 삼각형을 이루는 상단롤러 중심의 내각(a)이 커질수록 시편의 곡률은 커지고, 상단롤러 중심의 내각(a)이 작을수록 시편의 곡률은 작아진다.

상기 롤러들의 배치와 롤러의 회전속도 등은 시편의 재질, 시편의 두께 등의 제작환경에 따라 달라질 수 있다.

도 2c에서 보듯이, 연결단계(S20)에서는 상기 곡률이 형성된 시편의 양 측단을 연결하여 원뿔대형 외피(20)를 만든다. 상기 양 측단은 티그(TIG)용접에 의해 결합되는 것이 바람직하다.

도 2d에서 보듯이, 상하판 가공단계(S25)에서는 성형 치구(100)에 원뿔대형 외피(20)를 고정한 상태에서 상단 또는 하단 중 어느 하나 이상을 절단하게 된다. 이는 상기 곡률 형상 단계(S10) 및 상기 연결 단계(S20)를 거치는 과정에서 시편의 양 측단이 정확하게 일치하기 보다는 뒤틀리거나 어긋나는 경우가 있으므로, 이러한 경우에 다음 단계의 진행 용이를 위해 상단 또는 하단을 깔끔하게 절단해주게 된다.

도 2e에서 보듯이, 플랜지 형성단계(S30)는 상기 원뿔대형 외피(20)를 상기 성형 치구(100)에 고정한 상태에서 하단을 가압하는 스피닝(spinning)을 하여 플랜지(21)를 형성시키는 단계이다. 여기서 가압기구는 유압기일 수 있다.

또한, 상기 플랜지(21)는 고정홈(21a)을 구비하도록 스피닝(spinning)되는 것이 바람직하다.

도 2f에서 보듯이, 상기 가압단계(S40)는 상기 원뿔대형 외피(20)의 하단이 상부를 향하도록 상기 플랜지(21)를 프레싱 하부 치구(210)에 고정하고 벨(bell) 형상의 프레싱 상부 치구(230)로 상기 원뿔대형 외피(20)의 내주면을 상부에서 가압해주는 단계이다.

여기서, 상기 원뿔대형 외피(20)의 상단이 하부를 향하되 고정장치가 없이 자유로운 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 외피(20)는 원뿔대 형상을 구비하고 있어 내측에서 가해지는 압력이 전면에 고루 분포되기만 한다면 어느 일측으로 밀리지 않을 것이므로 상기 고정단(211)을 구비하는 것으로 충분하기 때문이다

또한, 상기 프레싱 상부치구(230)의 외주면에는 일정 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이를 구비하면, 상기 프레싱 상부치구(230)에 의해 가압될 상기 원뿔대형 외피(20)에 패턴을 형성하는 것을 가능하다.

도 2g에서 보듯이, 상기 트리밍 단계(S50)는 상기 원뿔대형 외피(20)를 성형 치구(100)에 끼운 후에 상기 플랜지(21)를 포함한 하단을 일부 잘라내어 종(bell)형으로 만드는 단계이다.

즉, 상기 가압 단계(S40)에서의 활용을 위해 상기 원뿔대형 외피(20)의 하단에는 플랜지(21)를 구비하게 되므로, 본 발명이 목적으로 하는 종(bell)형의 외피를 만들기 위해 상기 플랜지(21)를 포함한 하단을 일부 잘라내게 된다.

물론, 본 단계에서는 상기 원뿔대형 외피(20)의 상단 일부를 추가로 잘라내는 것도 가능하다. 이는 외피의 제조 과정에서 상단이 깔끔하지 않은 마감처리가 되어 있을 수 있기 때문이다.

도 2h 및 도 2i에서 보듯이, 상기 종형외피 완성단계(S60)는 상기 종형의 외피(30)의 상단 및 하단에 각각 마감 링(40a, 40b)을 부착하는 단계이다. 여기서, 상기 마감 링(40a, 40b)은 용접에 의해 상기 종형의 외피(30) 상단 및 하단에 각각 부착되는 것이 가능하며, 티그(TIG)용접에 의해 결합되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 종형의 외피(30)의 상단 및 하단에 부착되는 마감 링(40a, 40b)은 활용에 따라 다양한 형상을 구비하는 것이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 물론이다.

도 1은 액체로켓엔진의 연소기 노즐부 외피 제작방법의 순서를 개략적으로 나타낸 순서도이고,

도 2a 내지 도 2i는 상기 도 1에 따른 액체로켓엔진의 연소기 노즐부 외피 제작방법의 순서를 도면으로 도시한 것이며,

도 3 내지 도 5는 본 발명인 성형 치구의 실시예들을 나타내는 단면도이고,

도 6은 본 발명인 프레싱 치구의 실시예를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 기호의 설명>

10 : 전개형 시편

11,12,13 : 롤러

20 : 원뿔대형 외피

21 : 플랜지

21a : 고정홈

30 : 종형의 외피

40a, 40b : 마감 링

100 : 성형 치구

110 : 메인프레임

120 : 상부 내측 플랜지

130 : 하부 내측 플랜지

140 : 상부 외측 플랜지

150 : 하부 외측 플랜지

160 : 제1 외측 플랜지 고정 프레임

170 : 제2 외측 플랜지 고정 프레임

200 : 프레싱 치구

210 : 프레싱 하부 치구

230 : 프레싱 상부 치구

Claims

원뿔대형의 평편한 전개형 시편(10)을 복수의 롤러를 이용하여 시편이 곡률을 가지도록 하는 곡률형성단계(S10);

곡률이 형성된 시편의 양 측단을 연결하여 원뿔대형 외피(20)를 만드는 연결단계(S20);

상기 원뿔대형 외피(20)를 성형 치구(100)에 끼운 후에 스피닝(spinning)하여 하단 둘레를 따라 외측으로 접히는 플랜지(21)를 형성하는 플랜지 형성단계(S30);

상기 원뿔대형 외피(20)의 하단이 상부를 향하도록 상기 플랜지(21)를 프레싱 하부 치구(210)에 고정하고 벨(bell) 형상의 프레싱 상부 치구(230)로 상기 원뿔대형 외피(20)의 내주면을 상부에서 가압해주는 가압단계(S40); 및

상기 원뿔대형 외피(20)를 성형 치구(100)에 끼운 후에 상기 플랜지(21)를 포함한 하단을 일부 잘라내어 종(bell)형으로 만드는 트리밍단계(S50);를 포함하는 노즐부 외피 제작방법.
제1항에 있어서, 상기 S20 단계와 S30 단계 사이에는,

상기 원뿔대형 외피(20)를 성형 치구(100)에 끼운 후에 상단 및 하단을 일정 부분 절단하는 상하단 가공단계(S25)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐부 외 피 제작방법.
제1항에 있어서, 상기 S50 단계 다음에는,

상기 종형의 외피(30)의 상단 및 하단에 각각 마감 링(40a, 40b)을 부착하는 종형외피 완성단계(S60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐부 외피 제작방법.
제1항에 있어서,

상기 연결단계(S20)는 상기 시편의 양 측단을 용접하여 연결하는 것을 특징으로 하는 노즐 외피부 제작방법.
제3항에 있어서, 상기 S60 단계에서,

상기 마감 링(40a, 40b)은 용접에 의해 상기 종형의 외피(30) 상단 및 하단에 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 노즐부 외피 제작방법.
제1항에 있어서, 상기 S30 단계에서,

상기 플랜지(21)는 고정홈(21a)을 구비하도록 스피닝(spinning)되는 것을 특 징으로 하는 노즐부 외피 제작방법.
제1항에 있어서, 상기 S40 단계에서,

상기 원뿔대형 외피(20)의 상단이 하부를 향하되 고정장치가 없이 자유로운 것을 특징으로 하는 노즐부 외피 제작방법.
제1항에 있어서, 상기 S50 단계는,

상기 원뿔대형 외피(20)의 상단 일부를 잘라내는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐부 외피 제작방법.
제1항에 있어서, 상기 S40 단계에서,

상기 프레싱 상부치구(230)의 외주면에는 일정 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 노즐부 외피 제작방법.
노즐부 외피를 제작하는 과정에서 원뿔대형 외피(20)를 고정하여 성형할 수 있게 하는 장치에 관한 것으로,

기둥 형상으로 중심에 세워지는 메인프레임(110);

상기 메인프레임(110)의 상부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 상부 내측 플랜지(120);

상기 메인프레임(110)의 하부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 하부 내측 플랜지(130);

상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)에 원뿔대형 외피(20)를 끼운 후에 외측에서 상기 원뿔대형 외피(20)를 눌러주도록 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)의 끝단 연장선상에 각각 끼워지되 상호 연결프레임(145)에 의해 연결되는 링 형상의 상·하부 외측 플랜지(140,150); 및

상기 메인프레임(110)의 하단 부분에 구비되어 일단은 상기 하부 내측 플랜지(130)와 볼트결합되고 타단은 상기 하부 외측 플랜지(150)와 볼트결합되는 제1 외측 플랜지 고정 프레임(160);을 포함하여 구성되는 성형 치구.
제10항에 있어서, 상기 제1 외측 플랜지 고정 프레임(160)은,

상기 하부 내·외측 플랜지(130,150)와 일정 간격 이격하여 구비되어, 그 이격 공간에 상기 원뿔대형 외피(20)의 하단이 위치하는 것을 특징으로 하는 성형 치구.
제10항에 있어서, 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)는,

상기 메인프레임(110)을 중심으로 방사상으로 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)에 각각 연결되는 복수의 연결프레임(121,131)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 성형 치구.
제12항에 있어서, 상기 연결프레임(121,131) 사이에는 이격 프레임(125)이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 성형 치구.
제10항에 있어서, 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)는,

각각 상기 메인프레임(110)의 소정 위치에 중심이 고정된 원판 형상(미도시)인 것을 특징으로 하는 성형 치구.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 메인프레임(110)의 상단 부분에 구비되어 일단은 상기 상부 내측 플랜지(120)와 볼트결합되고 타단은 상기 상부 외측 플랜지(140)와 볼트결합되는 제2 외측 플랜지 고정 프레임(170)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 치구.
제15항에 있어서, 상기 제2 외측 플랜지 고정 프레임(170)은,

상기 상부 내·외측 플랜지(120,140)와 일정 간격 이격하여 구비되어, 그 이격 공간에 상기 원뿔대형 외피(20)의 상단이 위치하는 것을 특징으로 하는 성형 치구.
노즐부 외피를 제작하는 과정에서 원뿔대형 외피(20)를 고정하여 성형할 수 있게 하는 장치에 관한 것으로,

기둥 형상으로 중심에 세워지는 메인프레임(110);

상기 메인프레임(110)의 상부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 상부 내측 플랜지(120);

상기 메인프레임(110)의 하부 소정 위치에 상기 메인프레임(110)을 중심축으로 원형 링 형상으로 구비되는 하부 내측 플랜지(130);

상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)에 원뿔대형 외피(20)를 끼운 후에 외측에서 상기 원뿔대형 외피(20)를 눌러주도록 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)의 끝단 연장선상에 각각 끼워지되 상호 연결프레임(145)에 의해 연결되는 링 형상의 상·하부 외측 플랜지(140,150); 및

상기 메인프레임(110)의 상단 부분에 구비되어 일단은 상기 상부 내측 플랜지(120)와 볼트결합되고 타단은 상기 상부 외측 플랜지(140)와 볼트결합되는 제2 외측 플랜지 고정 프레임(170);을 포함하여 구성되는 성형 치구.
제17항에 있어서, 상기 제2 외측 플랜지 고정 프레임(170)은,

상기 상부 내·외측 플랜지(120,140)와 일정 간격 이격하여 구비되어, 그 이격 공간에 상기 원뿔대형 외피(20)의 상단이 위치하는 것을 특징으로 하는 성형 치구.
제17항에 있어서, 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)는,

상기 메인프레임(110)을 중심으로 방사상으로 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)에 각각 연결되는 복수의 연결프레임(121,131)에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 성형 치구.
제19항에 있어서, 상기 연결프레임(121,131) 사이에는 이격 프레임(125)이 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 성형 치구.
제17항에 있어서, 상기 상·하부 내측 플랜지(120,130)는,

각각 상기 메인프레임(110)의 소정 위치에 중심이 고정된 원판 형상(미도시)인 것을 특징으로 하는 성형 치구.
제17항에 있어서, 상기 하부 외측 플랜지(150)에는,

하면에 고정홈 생성부(151)를 구비하여 상기 원뿔대형 외피(20)를 스피닝(spinning)하여 하단 둘레를 따라 외측으로 접히는 플랜지(21)를 생성하는 과정에서 플랜지(21)에 고정홈(21a)이 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 성형 치구.
노즐부 외피를 제작하는 과정에서 원뿔대형 외피(20)를 고정하여 프레싱할 수 있게 하는 장치에 관한 것으로,

원뿔대형 외피(20)의 하단이 상부를 향하도록 내부에 수용하고, 원뿔대형 외피(20)의 하단 둘레에 구비된 플랜지(21)를 단단히 고정해주는 플랜지 고정단(211)을 상단 둘레를 따라 구비하는 프레싱 하부 치구(210); 및

상기 프레싱 하부 치구(210)에 수용된 원뿔대형 외피(20)의 내주면을 상부에서 가압하면서 눌러주는 벨(bell) 형상의 프레싱 상부 치구(220);를 포함하여 구성되는 프레싱 치구.
제23항에 있어서,

상기 원뿔대형 외피(20)의 상단은 하부를 향하되 고정장치가 없는 것을 특징으로 하는 프레싱 치구.
제23항에 있어서,

상기 프레싱 상부치구(230)의 외주면에는 일정 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레싱 치구.
제23항에 있어서,

상기 플랜지 고정단(211)에는 고정돌기(212)가 구비되어 상기 원뿔대형 외피(20)에 구비된 고정홈(21a)이 끼워지는 것을 특징으로 하는 프레싱 치구.