극저온 터보펌프용 외부가압 저널 베어링의 주요 설계 인자: 액체질소 실험 결과와 예측

Abstract

재사용 액체로켓엔진용 극저온 터보펌프는 고속, 고압, 그리고 큰 온도구배와 같은 극한의 작동 환경에서 운용된다(1). 기존 터보펌프의 구름 요소 베어링은 기계적 마찰로 인해 짧은 수명과 내구성의 한계를 가지고 있어, 최근에는 이를 유체 정압 베어링으로 대체하기 위한 연구가 꾸준히 진행 되고있다(2~4). 유체 정압 베어링은 기계적 마찰이 없어 이론적으로 베어링의 수명 제한이 없기 때문에 극저온 터보펌프의 내구성과 재사용성을 향상시킬 수 있는 핵심 기계로 평가된다. 특히, 점도가 낮은 유체를 사용해도 큰 정적 및 동적 하중을 지지할 수 있어 높은 신뢰성을 제공할 수 있다(5). 유체 정압 베어링을 실제 극저온 터보펌프에 적용하기 위해서는 다양한 작동조건에서 유체 정압 베어링의 특성을 정확히 평가할 수 있어야 한다. 하지만 실제 극저온 환경에서 실험적으로 이를 평가하는 연구는 거의 보고되지 않았다. 따라서 본 연구는 극저온 터보펌프에 적용하기 위한 유체 정압 베어링의 단품 성능에 영향을 미치는 다양한 파라미터를 조사하기 위해 실제 극저온 환경에서 실험하고 이를 예측과 비교하였다