복사냉각방식 연소기 노즐확장부 열/구조해석

Thermo-structural Analysis for Radiation-Cooled Nozzle Extension of Thrust Chamber

복사냉각 방식의 연소기 노즐확장부의 열/구조적인 안정성을 평가하기 위하여 열/구조해석을 수행하였다. 노즐확장부에 적용된 재료는 초내열합금인 니오븀 합금을 사용하였다. 노즐확장부는 확대노즐부에 비하여 팽창비가 크기 때문에 구조물의 사이즈가 연소실이나 확대노즐부에 비하여 상대적으로 크다. 이러한 이유 때문에 노즐확장부의 두께를 최소화 하는 것이 중요하다. 이를 위하여 구조물의 두께를 1.0 mm에서 0.4 mm까지 감소시켜 두께의 변화에 따른 열/구조적인 안정성을 평가하였다. 구조해석결과 0.4 mm 두께의 노즐확장부도 열/구조적으로 안정하게 작동할 수 있음을 보여주었다. 실제 연소기가 작동할 때 발생되는 진동에 의한 영향은 추후에 추가적으로 고려할 예정이다.

Thermo-structural analysis was performed for a radiation-cooled nozzle extension of thrust chamber. A Niobium alloy that is known to be a high-performance refractory alloy was used. Since area ratio of the nozzle extension is larger than that of nozzle divergence part, its size also becomes larger. For this reason, it is important to minimize the thickness of nozzle extension to reduce its weight. For the purpose of weight minimization, the thickness of nozzle extension was varied from 1.0 mm to 0.4 mm and structural stability was evaluated for each case. Analysis results showed that nozzle extension with thickness of 0.4 mm is structurally stable for the operation condition. The effect of combustion-included vibration will be additionally considered in the future.