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로켓

  • 액체연료엔진

      로켓 엔진은 지구 대기권내 뿐만 아니라 우주공간도 비행할수있는 추진기관이다. 일반적으로 비행기에 사용되는 엔진인 제트 엔진은 앞쪽의 공기를 압축시키고 연소실에서 연소시킨 후 그 연소가스를 노즐로 분출시켜, 그에 대한 반작용으로 추진력을 얻어 비행을 한다. 로켓의 엔진을 살펴보면, 연료와 산화제를 함께 가지고 있다. 엔진 내부에서 연료와 산화제가 만나 연소를 하게 되고, 고온, 고압의 연소가스를 만들어 노즐로 분출시켜 그에 대한반작용으로 추진력을 얻어 비행한다. 

       

      로켓은 사용하는 연료에 따라 액체로켓과 고체로켓으로 구별한다.

       

      액체연료를 사용하는 액체로켓의 경우 필요할 때 엔진을 끄고 켜는 것이 가능해 로켓을 정밀하게 움직일 수 있고, 원하는 곳으로 정확히 보낼 수 있어 현대의 상업용 로켓은 대부분 액체연료를 활용한 액체로켓을 이용하고 있다. 우리나라 최초의 우주발사체인 나로호의 1단, 그리고 현재 개발중인 한국형발사체도 액체로켓으로 개발되고 있다. 한국형발사체를 예로 들어 액체 로켓의 구성을 살펴보자.  

    • 우리 몸의 심장은 분당 5,000ml의 혈액을 전신으로 보내 필요한 에너지원을 공급한다. 액체로켓의 터보펌프도 심장과 비슷한 역할을 한다. 터보 펌프는 별개의 탱크에 저장돼 있던 연료와 산화제를 연소기로 고압으로 공급한다. 터보 펌프는 터빈의 회전으로 펌프를 작동하여 추진제 탱크 및 고압 배관에 충전된 산화제와 연료를 가스발생기와 연소기에 공급하는 역할을 한다.

      한국형발사체에도 75톤급/7톤급 터보펌프가 사용되는데, 터빈의 회전속도는 각각 10,500 RPM, 27,000 RPM에 달한다. 75톤급 엔진의 터보펌프는 초당 영하 183도의 액체 산소 170kg과 케로신 70kg을 연소기로 공급해야 하는 중요한 역할을 한다.

      터보펌프의 터빈은 산화제 펌프, 연료 펌프와 연결되어 있어 터빈이 돌기 시작하면 연료 펌프와 산화제 펌프도 함께 돌아가며 산화제 탱크와 연료 탱크에 있던 추진제가 터보펌프로 빨려 들어오게 된다. 추진제의 대부분은 연소기로 보내지지만 일부는 가스발생기로 보내져 터보펌프가 지속적으로 작동할 수 있도록 도와준다.

    • 터보펌프를 통해 연소기에는 액체산소와 연료가 공급된다.

      연소기의 맨 위쪽에는 연료와 액체산소를 연소기로 뿜어주는 분무구들을 묶어놓은 분무기 플레이트(Injector Plate)가 있다.

      이 분무기 플레이트에는 연료 분무구와 산화제 분무구가 수백에서 수천 개씩 박혀 있다.

      분무기는 매초 연소실로 투입되는 추진제 양을 계량하고, 액체를 안개처럼 곱게 부수며 연료와 산화제를 고루 섞어 연소가 고르고 안정되게 일어나도록 해준다. 

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