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로켓노즐의 측면부하 감소 방안

전문가 제언: ○ 고체 추진기관은 설계된 그레인의 형상에 따라서 연소되고 이 연소 가스의 형성에 따라 압력과 그에 수반되는 추력을 얻는 시스템이다. 따라서 기본적으로 성능은 그레인 설계에 의한 연소면적이 좌우 하지만, 이러한 설계된 추진기관의 성능은 지상에서 시험결과를 토대로 평가하고 이를 이용한다. 전략 무기인 탄도탄은 추진기관 연소가 고도의 변화에 따라 노즐 내부의 유동 현상의 변화가 예상된다.

○ 추진기관의 작동이 지상 조건과 매우 따르게 되는 고고도에서의 성능은 별도의 시험장치, 즉 고공 모사를 할 수 있는 주위 환경 아래에서 시험을 하여야 한다. 이러한 시험 장치와는 별도로 고도에 따라 연소 가스는 배기 조건이 달라져 노즐이 과팽창되는 상태가 되거나 또는 외부 공기의 압력이 커 노즐 내부로 충격파가 형성되는 상황도 예측할 수 있고 이에 따르는 추력 성능의 감소도 일어난다.

○ 그러므로 현실적으로 지상에서부터 고고도까지 연소하는 추진기관의 노즐은 연소가스의 배출 압력이 외부 환경에 따라서 노즐 내부의 유동 현상이 바뀌어 일률적으로 판단할 수 없고 발사 초기에는 압력 분포가 천이 상태가 되며 이에 따라서 유동의 박리가 일어나며 이 박리도 원주 방향으로 획일적이지 않아 측 부하 가 일어나고 시스템이 안정되지 않게 된다. 독일 Lampoldshausen의 DLR의 R. Stark and C. Genin은 추력-최적화 포물선 노즐에 SLRDs를 채택하여 측 부하를 감소시켰다.

○ 최근의 세계적인 노즐 연구 동향 중에 하나는 고도 차이에서 일어나는 노즐 내의 유동 천이 즉, 과팽창과 층격파의 형성에 의한 성능 감소 예측과 방안에 대하여 수행되고 있으며, 측 부하 생성에 대한 연구가 유럽, 일본, 미국 등에서 수행되고 있다. 대기권을 넘나드는 탄도탄 같은 전략유도무기에 사용하는 추진기관은 고도의 상승에 따라 노즐의 형태가 바뀌어야 이상적인 팽창이 되고 최대의 성능을 발휘하게 된다. 우리나라에서는 아직은 전략적 차원의 탄도탄은 개발 시도가 없으나, 고도 차이에 따른 노즐 성능 연구는 여러 면에서 고려되어야 할 것이다.

저자: R. Stark and C. Genin
자료유형: 니즈학술정보