로켓 - 액체연료엔진

로켓 - 액체연료엔진

로켓 엔진은 지구의 대기권내 뿐만이 아니라 우주의 공간에서도 비행할 수 있는 추친기관이라고 한다. 비행기에서 사용되는 엔진인 제트 엔진은 앞쪽의 공기를 압축시키고서 연소실에서 연소를 시킨 후에 그 연소가스를 노즐로 분출시켜서 그에 반한 반작용으로 추진력을 얻어냉서 비행을 하는 것이다. 로켓의 엔진을 살펴보자면 산화제와 연료를 함께 가지고 있는데 엔진의 내부에서 산화제와 연료가 만나게 되면 연소를 하게 되면서 고온, 고압의 연소가스를 만들어서 노즐로 분출을 시켜 그에 대한 반작용으로 추진력을 얻어서 비행하는 것이다.

로켓은 사용하는 연료에 따라서 액체로켓과 고체로켓으로 구별할 수 있다.

액체연료를 사용하는 액체로켓의 경우에는 필요로 할때 엔진을 끄고 켰다하는 것이 가능하여 로켓을 정밀하게 움직일 수 있으며 정확히 원하는 곳으로 보낼 수 있어서 현대의 상업용 로켓은 대부분 액체연료를 활용하고 있는 액체로켓을 이용하고 있다고 한다. 액체로켓으로 개발되고 있는 것은 우리나라 최조의 우주발사체인 나로호의 1단과 현재에서 개발중인한국형발사체도 있다. 예를 들어서 한국형발사체로 액체 로켓의 구성을 알아보도록 한다.

우리 몸의 심장은 필요한 에너지원을 분당 5,000ml의 혈액을 전신으로 보내서 공급하는데 액체로켓의 터보펌프도 이와 같이 심장과 같은 역할을 하는 것으로 보면된다. 터보 펌프는 별개의 탱크에서 저정되어있던 산화제와 연료를 연소기로 고압으로 공급되어지는데 터보펌프는 터빈의 회전으로 펌프를 움직이며 추진제 탱크 및 고압배관에 충전이 되어진 산화제와 연료를 연소기와 가스발생기에 공급하는 역할을 하는 것이다.

그리고 한국형발사체도 75톤급/ 7톤급 터보펌프가 사용되는데 터빈의 회전속도는 각각으로 보면 10,500 RPM, 27,000 RPM에 달하며 75톤급 엔진의 터보펌프는 초당으로 영하 183도의 액체 산소 170kg과 케로신 70kg을 연소기로 공급해야 하는 중요한 역할을 한다고 한다.

터보펌프의 터빈은 연료 펌프 그리고 산화제 펌프와 연결이 되어있어서 터빈이 돌기 시작하면서 산화제 펌프와 연료펌프가 함께 돌아가며 연료 탱크와 산화제 탱크에 있던 추진제가 터보펌프로 빨려 들어오게 된다. 추진제의 대부분들은 연소기로 보내지지만 일부분은 가스발생기로 보내져서 터보펌프가 계속 작동이 될수 있도록 도와준다고 한다.

터보펌프를 통해 연소기에는 액체산소와 연료가 공급이 되어지는데 연소기의 맨 위쪽으로는 액체산소와 연료를 연소기로 뿜어내어주는 분무구들을 묶어놓은 분무기 플레이트(Injector Plate)가 있다. 이 분무기 플레이트에는 산화제 분무구와 연료분무구가 수백에서 수천개까지 박혀있다고 한다. 분무기는 매초 연소실로 투입되어지는 추진제의 양을 계량하고 액체를 안개처럼 곱게 부셔서 산화제와 연료를 골고루 섞어서 연소가 고르고 안정이 되게 일어나도록 해주는 것이다.