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Title [한국연구재단] (우수성과)수소추진제 개발을 위한 평가기법 제시

액체로켓의 심장, 수소추진제 개발을 위한 평가기법 제시
고압 연소실과 초저온 추진제 공급장치 제작, 연소실험 성공적 수행

□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 권오채 교수(성균관대학교) 연구팀이 수소 로켓엔진 개발의 기반이 되는 수소 추진제의 연소안정성 평가기법을 제시했다고 밝혔다. 국내 액체로켓* 추진제 다원화를 위한 밑거름이 될 것으로 기대된다.
    ※ 액체로켓 : 고체추진제를 사용하는 로켓에 비해 복잡하나 엔진을 끄고 켜는 등의 정밀한 조정이 가능하다.

 ○ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 우주핵심기술개발사업의 지원으로 이뤄진 이 연구의 성과는 열역학 분야 국제학술지 ‘에너지'(Energy) 프린트판에 8월 1일 게재되었다.

□ 액체 로켓엔진 안에서 발생하는 추진제의 연소는 복합적 현상으로 로켓 발사에 성공한 나라에서도 아직 활발히 연구되는 주제이다. 

 ○ 한국형 발사체 개발을 위해 국내에서도 케로신* 추진제에 대한 연구는 활발하나 수소 추진제 연구는 아직 많이 진행되지 않았다.
    ※ 케로신 : 등유. 가솔린 다음으로 높은 끓는점 범위를 가진 석유 증류분. 로켓 엔진에서는 케로신을 고도로 정제한 RP-1 등을 이용한다.

□ 수소 추진제는 케로신에 비해 크고 무거운 로켓엔진을 요구하지만 압도적인 비추력*과 탄소를 배출하지 않는 친환경성 덕분에 코어엔진이나 상단엔진의 추진제로 일부 국가에서 상용화되었고 국내에서도 필요성이 제기되어 왔으나 아직 연구 초기단계다.
    ※ 비추력 : 로켓 추진제의 성능을 나타내는 값. 1 초당 추진제 1 kg이 소비될 때 발생하는 힘 

□ 연구팀은 액체 로켓엔진의 작동조건을 모사하고자 최대 60기압에 이르는 고압 모델연소실과 영하 183도의 초저온 액체산소를 공급할 수 있는 추진제 공급장치를 제작하고 연소실험을 수행, 수소 추진제의 연소안정한계를 측정하였다. 

 ○ 화염이 꺼지거나 불안정해지는 등 연소에 이상이 생기는 연소안정한계는 로켓엔진의 안정성과 직결되는 요소로 이에 대한 데이터는 수소 로켓엔진 설계의 기초자료가 될 수 있을 것으로 기대된다.

□ 연구팀은 온도, 압력, 상(phase), 분사속도 등 여러 분사조건 변화에 따른 연료의 혼합이나 분무특성을 분석하고 화염을 가시화하여 연소특성을 연구했다.

 ○ 얻은 화염가시화 데이터를 통해 수정된 Damkohler 수*를 제안하여 화염이 안정화 될 수 있는 일반적인 기준을 세우고, 이를 활용하여 연소영역선도에 도식화하는 방식으로 평가도구를 설계할 수 있었다. 
    ※ Damkohler 수 : 난류 화염을 이해하는 데 중요한 수. 특성 화학 시간에 대한 특성 혼합 시간의 비를 나타낸다.

□ 이번 성과는 연소실의 규모, 연료의 분사량, 분사속도, 연료의 종류 등 연소에 관여하는 변수들이 달라지더라도 범용적으로 추진제의 연소특성을 평가할 수 있는 기준을 제시한 데 의의가 있다. 

 ○ 기존 연소안정한계는 특정 실험조건에서 얻은 측정값으로 연소조건이 달라지는 실제 로켓엔진 평가에 활용하기는 어려웠다.

□ 기존 가스터빈, 보일러 등에 널리 적용되던 무차원 수를 액체로켓 엔진 평가에도 적용할 수 있도록 했다는 설명이다. 

 ○ 강경인 한국연구재단 우주기술단장은 “비추력이 매우 좋은 수소 추진제를 이용한 액체로켓 관련연구로 엔진의 연소 특성을 평가할 수 있는 방안이 제시되었으며, 친환경 고효율 엔진 개발을 위해서는 관련 기초연구들이 보다 폭 넓게 수행될 필요가 있다” 고 설명했다.  
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국내 기술동향
Category Tech trends(Korea)
Source 한국연구재단
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