항우연 - 9톤급 다단연소 사이클 엔진 개발 성공
2018.12.08 01:36
이번 누리호 시험 발사에 사용된 75톤급 엔진의 화염을 자세히 보면 두개입니다. 하나는 주엔진에서 뿜어 나오는 주황색의 화염이고 다른 하나는 산화제와 연료를 주엔진의 연소실로 펌핑하는 터보 펌프를 돌리는데 필요한 고체연료 엔진에서 나오는 검은 색의 화염입니다.
7톤 엔진의 20초 연소 시험 장면으로 주화염 왼쪽에 검은색의 화염이 보입니다.
이를 두고 중국의 네티즌들은 화염 모양이 이상하다는 등의 반응을 보였는데, 로켓 선진국들의 로켓 발사 장면에서 시커먼 화염없이 아주 이쁜 화염만 본 사람들은 사실 이상하게 보일 수도 있습니다.
누리호 시험 발사에 사용된 75톤급 엔진과 3단 로켓에 사용될 7톤 로켓엔진 모두 개방형 가스발생기 방식의 액체로켓 엔진으로 앞에서 언급한것처럼 터보펌프를 돌리는데 필요한 고체연료 엔진에서 나오는 화염을 외부로 보내는 방식을 말하고 이 화염을 주연소실 안으로 넣어 재연소 시키는 방식을 다단연소 사이클 엔진이라 부릅니다.
터보펌프를 돌리는데 필요한 고체연료 엔진에서 나오는 화염에는 아직 다 연소하지 않은 연료가 포함되어 있으므로 이를 주연소실로 보내 재연소시키면 그만큼 추력이 증가하므로 선진국 로켓엔진에는 다단연소 사이클 엔진을 사용합니다.
항우연에서 12월 6일자로 7톤 로켓엔진을 기존의 개방형 가스발생기 방식 엔진에서 다단연소 사이클 엔진으로 변경해 100초간 연소시험하는 영상을 올렸습니다. 다단연소 사이클 엔진이라 검은 화염이 보이지 않습니다. 또한 다단연소 사이클을 이용해 추력이 7톤에서 9톤으로 증가했습니다.
이를 향후 75톤급 엔진에 적용하면 추력이 10% 정도 증가하므로 추력 90톤의 보다 강력해진 엔진을 우리 손으로 만들 수 있습니다
어려운 환경에서 꾸준히 기술 개발에 매진중인 과학자들에게 박수를 보냅니다.
댓글 [3]
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등유엔진을 가동시키는 핵심부품인 터보펌프는 공기대신 산소를 사용하는 터보샤프트 엔진으로 볼수 있으며
SpaceX 멀린이나 러샤 엔진 대부분도 간단한 직배기식이 주로 쓰입니다.
다만 가스색이 유난히 불안정해 보이는 이유는 일부러 불완전 연소를 만들기 때문인데
완전 연소시 가스온도가 너무높아 터빈과 배관들이 녹아버리기 때문에 일반합금으로 버틸수가 없습니다.
물론 고열부의 재질을 제트엔진에 쓰이는 레늄 합금을 써주면 되지만 레늄은 워낙 희귀하여 시세가 백금보다 비싼데
러시아 엔진들은 이 방식을 쓰는것 같습니다.
다른 방법은 불완전 연소가스를 노즐 중간부에 합류하여 재연소하는 벙법으로
다단연소 엔진의 대표적인 걸작품중 하나가 폰브라운이 고안한 세턴 추진체의 F1 엔진 입니다.
F1엔진 조립현장, (노즐하단에 보이는 굵은 배관이 점점 가들어지며 내부로 공급하는데 보이는것은 하단 절반은 미조립 상태 입니다.)
최종조립된 700Ton 규모의 F1엔진 (하단에 거대한 노즐의 1/2 부분이 부착어 완료된 모습입니다)
이 F1엔진은 사상 최대의 액체엔진으로 단일 엔진으로 이보다 큰것은 SpaceShuttle의 1.2M ton 규모인 SRB(고체부스터) 밖에 없습니다.
7Ton 엔진이지만 개념적으로 이것과 완전 같은것으로 이제 우리도 이런거 못만들 이유 없겠죠.