재사용 우주발사체 액체로켓엔진용 터보펌프에 적용하기 위한 하이브리드 저널 베어링의 성능 예측

Abstract

재사용 발사체의 핵심기술로 알려진 하이브리드 베어링의 특성을 파악하는 연구는 액체로켓엔진용 터보펌프의 수명과 신뢰성 향상에 필수적이며, 이를 위해서는 시험 베어링의 성능 예측에 기반을 둔 강건한 실험 장치 구축이 필요하다. 본 연구는 정하중 및 축의 회전속도가 물로 윤활되는 터보펌프용 하이브리드 저널 베어링에 대한 영향을 예측하였다. 정하중은 편심률, 유량, 직접 강성계수 및 직접 감쇠계수에 크게 영향을 미치고, 회전 속도는 자세각, 동력손실, 연성 강성계수 및 연성 감쇠계수에 대해 크게 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

Hybrid fluid film bearings are one of the key mechanical components for liquid rocket engine turbopumps in reusable launch vehicles to improve reliability and resuability of turbopumps. The main objective of the present research program at Hanyang University Turbomachinery Laboratory, analytical and experimental, is to advance fluid film bearing technology used in aerospace turbopumps. The current work presents the predicted performance of hybrid fluid film journal bearings for the test bearings at Hanyang University Turbomachinery Laboratory. Since the test bearings are lubricated with cold/warm/hot water as a surrogate test fluid for cryogenic oxidizer or propellant, the current bearing analysis uses water as a working fluid. Predictions show that the applied static load on the bearing significantly affects journal eccentricity ratio, flow rate, and direct force coefficients. Rotor speed shows a paramount effect on bearing attitude angle, friction power loss, and cross-coupled force coefficients.