이륙 직전부터 엔진에서 다소 시커먼 연기가 많이 나옴.
이는 아마 불완전 연소로 인한 것일 것.
즉 산화제와 연료의 비율이 맞지 않다는 이야기인데,
예전 발사 당시 설명에 의하면
엔진 과열에 대한 우려 때문에 일부러 불완전연소를 시킨 것이었다고 한 것 같던데,
제 기억이 맞나요?
엔진 쪽에 열내구성이 약한 소재가 문제일 수 있고,
연소 시, 혹은 연소 후 냉각과 관련하여 다른 기술 노하우가 부족한 것일 수 있습니다.
분명 미국 스페이스X 쪽에서 발사하는 것 보면 연기는 하얗고
완전 연소에 가까운 것 같습니다. 우리와는 다릅니다.
과열 방지 기술이 필요하고,
그렇게 해서 엔진에서 완전 연소를 하게 할 수 있고,
그렇게 되면 연료나 산화제 중 하나를 아낄 수 있고,
그렇다면 로켓의 자체 중량도, 엔진의 성능도 모두 좋아질 것입니다.
이 부분이 지금 우리 수준에서 핵심 과제이고
관련 연구를 집중할 필요가 있습니다.
*
그리고 로켓은 작용-반작용 원리로 강한 추진력을 얻어 간다고 하는데,
이때 연소로 인해 작용과 반작용을 받는 부분에 대해 확실히 구조를 파악하고
그 힘을 측정해 볼 필요가 있습니다.
작용-반작용으로 추진력을 얻는 것이
풍선을 공기를 주입하고 바람이 빠지면서 풍선이 앞으로 나가는 것과 같다고 하는데,
로켓에서는 연소실 내부 연료의 연소로 인해 공기가 급격히 팽창되고
이 때 나오는 뜨거운 공기로 인해 로켓이 추진력을 얻는 원리라고 한다고 하면,
그 때 연소실에서 공기가 빠져나가면서 반작용 추진력이 어떻게 로켓 구조물에 전달되는지
나름 연구진이 파악은 했을 것입니다.
그런 자료를 기반으로 더 효과적으로 로켓이 추진력을 극대화할 수 있게 구조 설계를 할 필요가 있습니다.
즉, 연소실과 배기구 등에서 반작용 반동을 얻고 추진력이 될 것인데,
연소실 배출구 구조를 이리저리 바꾸어가면서 여러 곳에 힘을 측정할 수 있는
압력계를 도처에 설치하고 그러한 반작용 힘이 추진력으로 가장 잘 전달될 수 있도록
설계해야 합니다.
물론 연구진은 이러한 노력을 했을 수 있습니다만
작은 모델로 정밀하게, 다양한 변형 구조에서 측정해야 합니다.
최적의 연소실, 배출구 모델을 얻어내어야 할 것입니다.
배출가스가 나갈 때 아음속 상태의 좁은관 길이와 직경을 최적화 해야 하고,
그리고 배출관이 넓어지는 곳의 최적화된 크기와 구조 모양을 도출해 낼 수 있어야 합니다.
심지어 연소실 내부의 분사기의 모양와 위치도 문제가 될 수 있습니다.
만약 분사기의 위치가 아래 그림처럼 정중앙에 있는 것은 최적화된 것인지도 점검해 볼 필요가 있습니다.
연소실에서 다량의 연료와 산소가 연소되면서 엄청난 폭발이 일어날 것이고,
이 폭발로 공기가 급팽창하면서 그 공기가 출구로 나가게 되고
그로 인해 추진력이 얻어진다면,
분무기의 위치는 연소된 공기 배출 위치의 정반대 쪽에 있는 것이 적합한지 의문이 들 수 있습니다.
배출의 정 반대쪽에서 폭발에 의한 팽창의 힘을 가장 많이 받아내어야 하는 위치(면)인데,
저기에 분무기를 설치하여 연료 산화제를 분무하면
분무기에 의해 힘을 받아내며 반동을 흡수 추진력을 만드는 데에 힘이 새어나가거나 힘이 극대화되지 않을 수 있고,
분무기가 연료나 산화제를 분무를 하는 데에도 펌프도 극심한 저항을 받게 될 것입니다.
당연히 분무를 계속하면서 연료를 폭발시키고, 이에 따라 추진력의 원동인 반동을 온전히 받아내는 것은
추진력을 극대화하는 데에 매우 큰 손실을 초래할 수 있습니다.
분무기의 위치를 조정해야 할 수도 있습니다.
분무기의 분사 홀 개수도 조정해야 할 지도 모르고요.
작은 크기로 다양한 실험이 필요해 보입니다.
분무기의 끝쪽 팁 부분이 연소실 내부로 직선으로 향하게 되어 있는 현재의 모양도
연료 분무 펌프에 부담을 줄 수 있고,
폭발이 일어나는 연소실 내에서 분사가 제대로 이뤄지지 않게 할 가능성을 배제할 수 없습니다.
그렇다면
분무기의 일직선 팁을 살짝만 구부려주어도 펌프에 무리가 덜 가고,
연소실 폭발로 인한 엄청난 힘을 살짝 비껴가게 할 수 있을 수도 있습니다.
또한 연소실 내부 공간의 크기는 충분한지
동일한 양으로 연소를 극대화할 수 있는 연소실 크기, 구조가 맞는지 체크해야 하고
배출 과정에서 연소실과 배출구 등 크기와 구조가 작용-반작용을 극대화하는 모델인지
다양한 실험이 필요합니다.
연소실에서 발생한 가스의 작용-반작용을 최대한 활용할 수 있는 구조인지 특히
연소실-배출구는 물론이고 그것들을 지탱하는 내-외부 구조가
그러한 힘을 튼튼하게 받아내면서 추진력을 전달하는 최적화된 구조와
벽의 두께가 맞는지 등도 다양한 실험이 필요하고,
연소실의 연소 폭발과 가스 배출 등다양한 로켓 동체가 추진력을 최대한 발휘하게 설계해야 합니다.
...... [2024-01-17] IIS 지식정보네트워크.
* 로켓 연소실 구조
[현장영상] 한국형 발사체 ‘누리호’ 발사 순간…주요 장면 다시보기 / KBS 2021.10.21
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2021. 10. 21.
#누리호발사 #나로우주센터 #발사성공
순수 국내 기술로 설계, 제작된 첫 한국형 우주 발사체 '누리호'(KSLV-Ⅱ)가 21일 오후 5시 전남 고흥 나로우주센터에서 발사됐습니다.
누리호는 발사 뒤 로켓 분리 등 모든 비행 절차를 마쳤습니다. 누리호에 실린 위성 모사체도 정상 분리됐지만 궤도 안착은 미완의 과제로 남겼습니다.
발사 카운트다운부터 누리호 발사 순간, 위성 모사체 정상 분리 시점까지 주요 장면을 다시보기로 확인하세요.
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