75톤급 액체로켓 엔진용 산화제 펌프 회전체 동역학 설계

Rotordynamic Design of a LOX Pump for a 75 Ton Class Liquid Rocket Engine

75톤급 액체 로켓 엔진용 터보펌프의 산화제펌프에 대한 로터다이나믹 설계를 수행하였다. 인듀서와 임펠러 및 베어링의 축배치는 항우연에서 개발 중인 유사한 구조를 가지는 터보펌프를 근간으로 하였고, 75톤급 산화제펌프 수력 설계에 맞추어 인류서, 임펠러의 축길이가 반영되었다. 후방 베어링으로부터 임펠러까지의 거리를 베어링 하중 설계에 대한 설계 변수로 고려하였고, 전방 베어링과 후방 베어링의 강성을 변화시키면서 회전 속도에 따른 비동기 고유진동수 해석을 수행하여 산화제 펌프의 임계속도를 고찰하였다. 베어링에 적절한 하중이 부과된다면 산화제 펌프의 임계속도는 기준속도 11,000 rpm과 비교하여 충분히 높기에, sub-critical 로터로서 기준속도 이내에서 안정적인 터보펌프의 운용이 가능하리라 판단된다.

A LOX pump rotordynamic design was performed for a 75 ton thrust liquid rocket engine. Axial positions of an inducer, an impeller and bearings on a shaft are decided on the basis of the experience achieved by previously developed turbopump which has the similar layout. The result of pump hydraulic design was reflected in the present study to decide axial length of the inducer and impeller. A distance from the rear bearing to the impeller was considered as a design parameter for load distribution of the bearings. Asynchronous eigenvalue analysis was performed as a function of rotating speeds and bearing stiffness to investigate critical speed of the LOX pump. From the numerical analysis, it is found that the LOX pump with the proper bearing loads safely operates as a sub-critical rotor of which critical speed is high enough compared to the operating speed 11,000 rpm.