과학 로켓 용 2,500 N 급 과산화수소 하이브리드 로켓 설계 및 검증

Abstract

하이브리드 로켓은 액체 로켓에 비해 시스템이 단순하여 경제적으로 시스템을 구성할 수 있으며, 고체 로켓에 비하여 비추력이 높고 안정성 면에서 우수하여 과학 로켓에 적용이 되어왔다. 본 연구에서는 과학 로켓 적용을 위한 2,500 N 급 $H_2O_2$/HDPE 하이브리드 로켓의 스케일 업 과정을 소개하고 연소 시험과 내탄도 해석을 통해 성능 검증을 시도하였다. 250 N $H_2O_2$/HDPE 하이브리드 로켓을 활용하여 산화제 유량과 고체 연료 포트 개수의 변화를 통해 스케일 업 가능성 평가를 하였다. 멀티 포트 고체 연료를 통하여 엔진의 경량화 및 소형화를 진행하였으며, 10배의 스케일 업을 통한 유량 증가로 수격 현상과 하드 스타트를 고려하여 엔진 설계를 하였다. 연소 시험을 통해 설계 O/F 비에 근접한 값과 설계 추력의 90 % 이상의 추력을 확인하였고 내탄도 예측과 비교하여 유사한 추진 성능을 파악하였다. 멀티 포트 고체 연료의 포트 개수와 직경 변화에 따라 고체 연료의 연소율 변화를 확인하였고 기존의 250 N $H_2O_2$/HDPE 하이브리드 로켓에서 도출된 후퇴율식을 이용하여 스케일 업을 진행하였을 때 선형성이 예측이 어려운 것으로 파악되었다.