KR950007640B1 - 로켓트 추진기관의 조립방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 일반적인 로켓트 추진기관의 전체구조를 보인 종단면도.
제2도는 제1도의 A-A선 단면도.
제3도는 제1도의 "A"부 확대도.
제4도의 (a),(b)는 모터케이스와 노즐조립체간의 조립면을 보인 것으로, (a)는 실리콘밀봉제에 공기통로가 형성된 것이고, (b)는 실리콘봉제에 공기주머니가 형성된 것이다.
제5도는 본 발명의 조립공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 모터케이스 2 : 노즐조립체
3 : 추진제 4 : 점화기
5 : 라이너 6 : 단열재
7,7' : 내열재 8' : 연소관 플랜지
8a : 볼트체결공 9 : 1차 O-링
10 : 2차 O-링 11 : 고장력볼트
12 : 노즐플랜지 12a : 볼트삽입공
13 : 실리콘밀봉제
본 발명은 로켓트 추진기관의 조립방법에 관한 것으로, 특히 모터케이스와 노즐조립체의 조립시 모터케이스의 내부를 진공상태로 유지하여 모터케이스와 노즐조립체간의 접촉부에 도포되는 실리콘밀봉제의 공기통로 발생을 억제 함으로써 모터케이스와 노즐조립체가 완전하게 밀봉된 상태로 조립이 이루어지도록 한 로켓트 추진기관의 조립방법에 관한 것이다.
일반적으로 로켓트 추진기관은 비행체 또는 유도탄 전체 시스템을 지정된 위치나 소정의 목표지점까지 운반하도록 하는 데 필요로 하는 에너지를 공급하는 장치로서, 그 개략적인 구조는 제1도 및 제2도 단면구조도에 도시된 바와같은 형태를 취하고 있다.
도시된 바와같이, 일반적인 고체추진제 로켓트 추진기관은 통상적으로 원통체상으로 이루어진 모터케이스(1)의 내부에 추진제(3)가 충진되고, 그 모터케이스(1)의 선단부 내측으로는 점화기(4)가 형성됨과 아울러 모터케이스(1)의 후방에는 노즐조립체 (2)가 결합되어 이루어진다.
이와같은 로켓트 추진기관에 있어서는 추진제(3)의 연소에 의해 발생된 연소가스가 노즐조립체(2)를 통하여 외부로 배출되는 과정에서 모터케이스(1) 내부가 고온, 고압상태로 되기 때문에 모터케이스(1)와 노즐조립체(2) 사이의 조립부에 대한 확실한 밀봉이 요구되고 있다. 만일 이같은 조립부의 확실한 밀봉이 이루어지지 않는 경우에는 모터케이스(1)와 노즐조립체(2)의 조립부가 고온, 고압의 화염에 노출되거나 밀봉기능이 상실되어 로켓트 씨스템 전체에 심각한 악영향을 미치게 되거나 경우에 따라서는 로켓트 자체의 폭발을 초래하는 등의 위험이 따르게 된다.
이와같은 로켓트 추진관의 종래 조립공정을 제3도의 모터케이스와 노즐조립체의 조립부 확대도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
내부면에 라이너(5)와 단열재(6) 및 내열재(7)가 형성되고 후측에 볼트체결공 (8a)을 갖는 연소관플랜지(8)가 형성되어서 이루어진 모터케이스(1)와 역시 내주면에 내열재(7')가 형성되고 외측원통형 주면에 1차 O-링(9)과 2차 O-링(10)이 구비되는 한편 고장력볼트(11) 체결을 위한 볼트삽입공(12A)이 관통된 노즐플랜지(12)가 일체로 형성된 노즐조립체(2)를 상호 조립함에 있어서, 먼저 실리콘밀봉제(상품명 : RTA-88)에 경화제(Dibuty1 tin diaurate:DBT)를 혼합하여서 된 실리콘밀봉제(13)을 깨끗이 세척된 모터케이스(1)의 내열재(7)와 노즐조립체(2)의 내열재(7') 접촉면상에 일정한 두께로 도포한다.
이때, 실리콘밀봉제(13)의 혼합공정은 대기중에서 행해지며 내열재(7)(7')의 접촉면에 실리콘밀봉제(13)을 도포하는 데는 주걱(Spatula)이 사용된다.
다음, 모터케이스(1)의 연소관플랜지(8)상에 형성된 다수개의 볼트체결공(8a)에 노즐조립체(2)의 노즐플랜지(12)상에 끼워진 고장력 볼트(11)의 선단부가 위치하도록 한 상태에서 고장력볼트(11)를 볼트삽입공(12a)을 관통하여 볼트체결공(8a)에 삽입체결되도록 함으로써 모터케이스(1)와 노즐조립체(2)간의 조립이 완료된다.
그런데, 이와같은 종래의 로켓트 추진기관 조립방법에 의한 모터케이스(1)와 노즐조립체(2)간의 조립시에 있어서는 대기중에서 조립공정이 수행됨에 따라 그 조립부의 접촉면에 1차 O-링(9)과 실리콘밀봉제(13)사이에 존재하는 공기가 압축되어 그 압축된 공기가 1차 O-링(9)쪽으로는 빠져나가지 못하고 실리콘밀봉제(13)를 통하여 빠져나가면서 제4도의 (a),(b)에 도시된 바와같은 공기통로(15)를 형성하거나 공기주머니(16)를 형성하여 실리콘밀봉제(13)가 경화된 후에도 그대로 남게된다.
도면중 미설명 부호 14는 접착제이다.
실리콘밀봉제(13)내에 형성된 상기 공기통로(15)나 공기주머니(16)는 로켓트 추진기관 발사시 연소압력 및 연소시간에 따라 화염가스가 이들 공간을 통하여 침투하여 O-링을 손상시키거나 주위의 구성부품에 치명적인 악영향을 미치게 되는 문제점을 지니고 있다.
특히, 로켓트 추진기관을 조립하는 과정은 눈에 보이지 않는 공정(blind process)이고, 또한 조립이 완료된 후에 비파괴 시험방법(nondestructive test : NDT)등을 통하여 실리콘밀봉제에 형성된 공기통로나 공기 주머니를 발견하기가 용이하지 않음은 물론 만일 이같은 공기통로나 공기주머니등이 발견되는 경우에 있어서도 이에 대한 국부적인 보수가 불가능한 실정이다.
로켓트, 추진기관의 조립시에 나타나는 상기 조립부 밀봉문제는 로켓트 추진기관의 성능에 직접적으로 영향을 미치는 중요한 사항으로서, 일예로 1986년 1월에 발생한 우주왕복선(space shuttle)의 폭발사고 역시 고체연료 추진기관의 조립부 밀봉에 결함이 있어서 발생된 것으로 알려지고 있다.
그리고 현재까지 미항공우주국(National Aeronautics and Space Administration, NASA)에 의해 추진되고 있는 우주왕복선의 고체연료 부스터 추진기관(solid rocket booster moter)의 경우에도 대기중에서 조립공정이 우리어짐에 따라 조립부의 O-링 손상문제로 인해 수차례에 걸친 모터케이스와 노즐조립체의 설계변형이 시도되었으나 최근까지도 이에대한 근본적인 해결을 하지 못한 상태에서 조립부에 설치된 3종류의 O-링중 2종류의 O-링은 계속하여 손상이 발생되고 있는 실정인 것으로 알려지고 있다(참조 : AIAA 91-2291-CP, AIAA 89-2773).
따라서 본 발명은 종래의 로켓트 추진기관 조립방법에 지니고 있는 상기 조립부의 불완전한 밀봉에 다른 제반문제점을 해결하기 이한 방편으로, 모터케이스와 노즐조립체의 조립공정을 진공중에서 수행하여 모터케이스와 노즐조립체의 실리콘밀봉제와 1차 O-링 사이에 아예 공기가 존재하지 않은 상태에서 조립 및 밀봉이 이루어지도록 함으로써 실리콘밀봉제내에 공기통로나 공기주머니가 생성되는 것을 방지토록 한 로켓트 추진기관의 조립방법을 제공하는 데 발명의 목적이 있다.
특히, 본 발명은 실리콘밀봉제의 혼합단계에서 실리콘밀봉체중에 기포가 혼입되는 것을 방지하기 위하여 혼합공정을 진공중에서 수행하게 된다.
본 발명 로켓트 추진기관의 조립방법의 제5도의 조립공정도에 의거 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 실리콘밀봉제(상품명 : PTV-88)에 경화제인 DBT(Dibuty1 tin dilaurate)를 0.1~0.5% 첨가하여 균일하게 섞은 다음 진공이 유지될 수 있는 용기주에서 넣어 진공펌프로 약 25mmHg의 절대압력이 유지된 진공상태가 되도록 함으로써 혼합과정중에 실리콘밀봉제중에 혼입된 기공(voids)의 제거(deaeration)가 이루어지도록 한다.
다음, 제3도에 도시된 바의 1차 O-링(9)가 2차 O-링(10)의 표면에 윤활제를 균일하게 도포하여 노즐조립체(2)의 O-링삽입홈에 설치한다.
이후, 노즐플랜지(12)의 고장력볼트삽입공(12a) 사이사이에 형성된 분해용볼트공(도면미도시)(통상 90°간격으로 4부위에 형성됨)를 체결하되, 노즐플랜지(12)를 관통하여 전방을 향하는 분해용볼트의 선단부가 1차 O-링(9)의 형성지점 직전위치에 다다르도록 조정한다.
한편, 내열재(7),(7')의 밀봉제 도표면은 M.E.K(Methy1 Ethy1 Ketone) 용제를 사용하여 이물질이나 기름등을 완전히 제거한 다음 앞서 마련된 기공이 제거된 상태의 실리콘밀봉제를 주걱(spatula)을 사용하여 균일한 두께로 두포한다.
이때, 실리콘밀봉제의 두께조절은 로켓트 추진기관의 설계상 규정된 밀봉두께를 감안하여 두께조절게이지를 이용해서 소정두께의 밀봉제가 전체도포면적에 걸쳐 균일하게 도포되도록 하게 된다.
다음으로, 모터케이스(1)와 노즐조립체(2)를 결합시켜 이들을 조립하게 되는데, 이때 일차적으로 모터케이스(1)의 연소관플랜지(8)의 단부가 노즐조립체(2)의 1차 O-링(9)에 위치하도록 한다.
이같은 모터케이스(1)와 노즐조립체(2)간의 일차적인 조립은 노즐조립체(12)의 볼트삽입공(12a)을 통하여 고장력볼트(11)를 삽입하여 그 고장력볼트(11)가 연소관플랜지(8)상에 형성된 볼트체결공(8a)에 삽입체결되도록 함에 있어 고장력볼트 (11)의 선단나사형성부 일부만이 볼트체결공(8a)에 나사결합을 이루도록 하되, 이때 연소관플랜지(8)의 단부가 1차 O-링(9)위에 놓이도록 하게된다.
이와같은, 모터케이스(1)와 노즐조립체(2)간의 일차적인 조립시 연소관플랜지 (8)의 단부면에는 분해용볼트의 선단부가 접촉된 상태를 유지하게 된다.
모터케이스(1)와 노즐조립체(2)간의 일차조립후에는 모터케이스(1)와 노즐조립체(2)사이의 누수여부를 확인한 후 점화기(4) 조립부를 통해 1단계 진공압력으로 소정시간(통상적으로 3분이상)유지시켜 모터케이스(1)내부를 진공상태로 유지하여 도포과정중에 실리콘밀봉제(13)에 생성된 기공의 제거가 완전하게 이루어지도록 한다.
실리콘밀봉제(13)중의 기공제거작업이 완료된 후에는 2단계 진공압력으로 진공조절밸브(도면 미도시)를 개방함과 아울러 진공상태로 유지된 모터케이스(1) 내부측으로 노즐조립체(2)가 빨려들어가지 않도록 설치된 다수개의 분해용볼트를 동시에 동일속도로 풀어주어 분해용볼트가 노즐플랜지(12)의 후측으로 후퇴이동되도록 함으로써 모터케이스(1)내의 진공압력에 의해 노즐조립체(2)가 모터케이스(1)측으로 서서히 빨려들어가 마침내는 연소관플랜지(8)의 단부면에 노즐플랜지(12)의 내측면이 밀착된다.
이후, 고장력볼트(11)를 볼트체결공(8a)에 체결시킴과 아울러 분해용볼트를 노즐플랜지(12)로부터 제거시킴으로써 로켓트 추진기관의 조립이 완료된다.
이와같은 본 발명의 로켓트 추진기관의 조립방법은 1단계 진공 압력 유지시에 실리콘밀봉제중에 포함된 기공의 제거가 이루어지고, 또한 2단계 진공압력 유지시 1차 O-링 실리콘밀봉제 사이에 존재하는 압축공기의 제거가 이루어짐에 따라 조립완료후 경화된 실리콘밀봉제 내부에 기공이나 공기주머니의 발생이 억제되어 로켓트 추진기관 조립부의 확실한 밀봉이 이루어지게 된다.
그리고, 본 발명은 모터케이스와 노즐조립체간의 조립이 진공압력에 의해 이루어짐에 따라 연소관플랜지면과 노즐플랜지면 사이의 거리가 360° 전부위에 걸쳐 일정하게 유지된 상태로 서로 접근하여 결합되므로 O-링과 연소관플랜지간의 접촉불균일에서 발생되는 O-링의 손상이 발생되지 않는 이점이 있다.
Claims (3)
- 내주면에 내열재가 형성되고 볼트체결공이 형성된 연소관플랜지가 구비된 모터케이스와 내주면에 내열재가 형성되고 고장력볼트체결용 볼트삽입공이 형성된 노즐플랜지가 구비되며 외주면에 1,2차 O-링이 설치되는 노즐조립체를 조립하는 로켓트 추진기관의 조립방법에 있어서, 모터케이스와 노즐조립체의 각 내열재 형성부상에 실리콘밀봉제를 균일한 두께로 도포한 후 모터케이스의 연소관플랜지단부가 11차 O-링위에 위치하도록 일차적인 조립을 한 상태에서 모터케이스내부를 1차진공압력상태로 유지하여 실리콘밀봉제중의 기공을 제거한 후, 진공조정밸브로 개방하여 진공압력에 의해 노즐조립체가 모터케이스측으로 이동하여 모터케이스와 노즐조립체간의 밀착이 이루어지도록 한 다음 볼트체결용에 고장력볼트를 체결함을 특징으로 하는 로켓트 추진기관의 조립방법.
- 제1항에 있어서, 실리콘밀봉제는 실리콘밀봉제와 경화제를 균일하게 혼합하여 이를 진공상태로 유지하여 혼합중에 내재된 기공의 제거가 이루어지도록 한 것임을 특징으로 하는 로켓트 추진기관의 조립방법.
- 제1항에 있어서, 진공압력에 의한 노즐조립체의 모터케이스측으로의 이동은 노즐플랜지상에 나사결합되어 그 단부가 연소관플랜지의 단부면에 접촉하는 다수개의 분해용볼트를 동시에 풀림회전시킴에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 로켓트 추진기관의 조립방법.
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