2단 로켓용 기술 실증 발사체 개발: 에비오닉스와 낙하산측면 사출 메커니즘을 중심으로

• 저자정보: 문수현 외 13인
• 저널정보: 한국추진공학회 2025년도 추계학술대회 논문집
• 발행연도: 2025.12

연소실의 최대 압력을 4 MPa로 설정하여 연소실을 설계하였다. 재료는 알류미늄 6061을 사용하였다. 알루미늄 6061-T6의 항복 강도는 약 240 MPa이므로, 외경을 55 mm로 설정하여 Eq. 1으로 연소실의 최소 두께 0.82 mm를 계산하였다.

연소실의 실 제작 시에는 안전계수를 고려하여 두께를 3 mm로 설정하였다. 이때 연소실의 안전계수는 3.68, 내경은 49 mm이다. 연소실 내부에 KNSB 400 g이 위치할 수 있어야 하므로, 연료와 챔버 및 벌크헤드의 유격을 고려하여 연소실의 길이는 250 mm로 설계하였다.

연결하는 볼트는 SUS304 재질로, M6 규격으로 가공되었다. 볼트의 항복 강도는
205 MPa, 연소실의 단면적(cross-sectional area)은 1885.74 mm2, 볼트의 단면적은 20.1mm2 이다. 볼트 안전계수는 2로 해서, Eq. 2로 볼트의 최소 체결 개수 3.66을 계산하였다.

볼트의 체결 개수가 증가할수록 안전계수는 높아진다. 그러나 볼트의 안전계수가 연소실의 안
전계수보다 높아지면, 연소실의 연소 가스가 노즐을 통해 빠져나가지 못하는 경우 연소실이 파
괴되어 예상하지 못한 방향으로 고압가스가 분출될 수 있다. 따라서 연소실과 추진 시스템을
볼트 4개를 사용하여 체결하였고, 볼트의 안전계수를 2.18로 설정함으로써 위와 같은 상황에
서 로켓의 진행 방향으로 고압가스가 분출될 수있도록 하였다.

노즐은 다음 방정식을 활용해서 알아서 잘 만들었다:

추진체는 단면이 도넛 모양인 Tubular Grain과 단면이 별 모양으로 구멍이 난 Star Grain을 사용하였다. 그리고 추진체 겉면에 지관을 둘러 연소실이 받는 영향을 줄엿다.

Tubular Grain은 Star Grain에 비해 최대 내압이 비교적 낮은 편이어서, 추진 시스템의 안전계
수가 높다. 그러나 중량에 비해 추력이 낮으며, 연소 후반부로 갈수록 내압이 높아지는 단점이
있다. Star Grain은 Tubular Grain에 비해 연소 시간에 대한 추력과 압력이 일정하고, 중량 대비
추력이 높다. 그러나 연소 초기에 내압이 매우 높은 단점이 있다.

추진제 연소시 연소실의 최대 압력을 4 MPa로 제한함과 동시에, 연소 시간에 대한 연소실 압력을 일정하게 유지하고 추진제 중량 대비 추력을 높이기 위해 Tubular Grain과 Star Grain을 같이 사용하였다. Tubular(중공형) 1개를 벌크헤드 쪽에, Star 2개를 노즐 쪽에 연결하였다.

점화기와 TPMS는 스킵 설명 너무 부실함

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