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| 수소 로켓엔진 개발의 기반이 되는 수소 추진제의 연소안정성 평가기법을 제시한 성균관대 권오채 교수팀 연구는 열역학 분야 국제학술지 ‘에너지(Energy)’에 지난 8월 1일 게재됐다.(자료출처=에너지/제공=성균관대 권오채 교수팀) |
한국연구재단(NRF)은 성균관대 기계공학부 권오채 교수팀이 수소 로켓엔진 개발의 기반이 되는 수소 추진제의 연소안정성 평가기법을 제시했다고 17일 밝혔다.
최초의 자체 개발 우주발사체인 나로호 발사 성공으로 우리나라는 우주 진출에 첫 발을 내딛었고 이로 인해 케로신 추진제에 대한 연구는 활발하나 수소 추진제 연구는 아직 많이 진행되지 않았다.
특히 수소 추진제는 기술성숙도가 높은 우주발사체 선진국에서도 활발하게 연구돼 사용 중인 검증된 추진제로써 관련 연구를 통해 선진국과의 기술 교류 등으로 우리나라의 우주 발사체의 기술 성숙도를 제고할 수 있고 효율적인 액체 로켓엔진 설계기술 확보를 위해서는 추진제 관련 체계적인 기초연구가 필수적이다.
이번 연구팀은 이러한 인식을 토대로 액체 로켓엔진의 작동조건을 모사하고자 최대 60기압에 이르는 고압 모델연소실과 영하 183도의 초저온 액체산소를 공급할 수 있는 추진제 공급장치를 제작하고 연소실험을 수행, 수소 추진제의 연소안정한계를 측정했다.
연구과정을 보면 수소 추진제의 연소특성에 대한 효율적인 연구를 위해 분사조건 변화에 따른 혼합·분무·연소 기초특성의 단계적 연구와 이의 체계적인 비교를 수행했다.
이를 통해 수소 추진제의 연소 시 연소실 내에서 발생하는 복합적인 현상에 의한 연소특성 변화 연구 및 연소안정화 메커니즘 인자를 도출했다.
또 체계적인 연구 수행을 위해 상압 상온 조건 연소특성, 추진제 공급온도에 따른 연소특성, 연소압력에 따른 연소특성, 액체 추진제의 분무 및 연소 특성을 순차적으로 파악했다.
이후 초임계 조건 연소 실험을 위해 고압 모델연소실을 제작했고 초저온 액체의 공급이 가능한 고압 추진제 공급장치를 구성했다.
이러한 연소안정한계 실험을 통해 소염한계를 측정하고 소염 메커니즘을 분석해 수소 로켓엔진 설계에 필요한 데이터를 확보했다.
이 연구결과에 의하면 그동안 시행착오를 통해 로켓엔진을 연구하는 방법에 비해 기초적 실험의 데이터베이스를 제공하고 수치해석을 통해 폭넓은 연구가 될 경우 효율적으로 추진제의 연소특성을 파악하는 것이 가능하다.
권오채 교수는 “화염이 꺼지거나 불안정해지는 등 연소에 이상이 생기는 연소안정한계는 로켓엔진의 안정성과 직결되는 요소로 이에 대한 데이터는 수소 로켓엔진 설계의 기초자료가 될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 우주핵심기술개발사업의 지원으로 수행됐고 열역학 분야 국제학술지 ‘에너지(Energy)’에 지난 8월 1일 게재됐다.
