열차폐 코팅이 재생냉각 챔버에 미치는 열/구조적인 영향

Thermo-structural Effects of Thermal Barrier Coating on Regenerative Cooling Chamber

재생냉각형 액체로켓 연소기 챔버에서 열차폐 코팅이 미치는 열/구조적인 영향에 대하여 유한요소 해석을 통하여 고찰하였다. 열차폐 코팅은 현재 개발하고 있는 연소기에 사용되는 NiCrAlY-$ZrO_2$과 향후 적용할 가능성이 있는 Ni-Cr 두 종류를 적용하였다. 열/구조해석 결과 NiCrAlY-$ZrO_2$ 코팅이 Ni-Cr 코팅에 비하여 열차폐에 의한 온도감소 효과가 크게 나타났다. 결과적으로 냉각채널의 온도와 변형 또한 NiCrAlY-$ZrO_2$ 코팅을 적용하였을 때 Ni-Cr 코팅보다 감소하였다. 외측구조물의 구조안정성에 있어서 Ni-Cr 코팅이 미치는 영향은 없었으나, NiCrAlY-$ZrO_2$ 코팅은 외측구조물의 유효응력을 감소시켜 챔버의 구조안정성을 증가시켰다.

A study has been performed to investigate the thermo-mechanical effects of thermal barrier coating on liquid rocket regenerative cooling chamber using finite element analysis. Two kinds of thermal barrier coatings were studied on the same loading condition: first, NiCrAlY-$ZrO_2$, coating which is currently applied to the developing combustion chamber and second, Ni-Cr coating which might be applied in the future. Analysis results showed that NiCrAlY-$ZrO_2$ coating has better decreasing effect of temperature than the Ni-Cr coating. As a results, temperature and deformation of the cooling channel in the NiCrAlY-$ZrO_2$ coating were also less than those of the Ni-Cr coating. The Ni-Cr coating has no effect on a structural stability of the outer jacket but the NiCrAlY-$ZrO_2$ coating reduced the effective stress of the outer jacket and enhanced the structural stability of the chamber.