Localized Development of Propellant Mixer

Nomenclature AP : Ammonium perchlorate FSI : Fluid structure interaction

HTPB : Hydroxyl-terminated polybutadiene KP : Kilo poise

STS : Stainless steel

Technical Paper DOI: http://dx.doi.org/10.6108/KSPE.2016.20.1.058

추진제 믹서 국산화 개발

김경무

․ 길태옥

․ 홍명표

․ 도은성

Localized Development of Propellant Mixer

Kyungmoo Kim

․ Taeock Khil

․ Myungpyo Hong

․ Yeunsung Doh

a

Core Technology R&D Lab, LIG Nex1 Co., Korea

*

Corresponding author. E-mail: [email protected]

ABSTRACT

The propellant mixer for charging of solid rocket motors is one of the most important equipments.

For the propellant mixer is export control item, it’s hard to purchase it directly from abroad. The Mixer was developed locally to overcome export control which precludes us from import. This paper includes the introduction for general mixers and the process of mixer development progressed by LIGNex1. Finally, The mixer is verified the performance using measurements of clearance between blade-blade and blade-bowl and flow simulation with ADINA.

초 록

고체 로켓 모타의 충전을 위한 추진제 믹서는 가장 중요한 장비 중 하나다. 추진제 믹서는 수출통제 품목으로 해외로부터 직접 구입하기 어렵다. 이에 당사에서는 해외 수출 통제(Export Licence) 품목으 로 수입이 불가능한 어려운 상황에 대처하기 위해 국산화 개발을 진행하였다. 본 논문을 통해 일반적 인 추진제용 믹서의 소개와 당사의 믹서 국산화 개발과정을 나타내었다. 또한, 블레이드-블레이드, 블레 이드-보울 벽사이의 간극 측정 및 ADINA 해석을 통해 국산화 개발된 추진제 믹서의 설계를 검증하였 으며 개발과제에 적용함을 기술하였다.

Key Words: Propellant(추진제), Mixer(믹서), Plenatary Mixer(플레니터리 믹서), Kneader(반죽기), Blade(블레이드)

Received 18 September 2015 / Revised 5 January 2016 / Accepted 11 January 2016 Copyright Ⓒ The Korean Society of Propulsion Engineers pISSN 1226-6027 / eISSN 2288-4548

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1. 서 론

고체 로켓 추진기관에서 주 연료가 되는 고체 추진제는 프리폴리머인 HTPB, 산화제인 과염소 산 암모늄(AP), 금속연료인 알루미늄 분말 외 여 러가지 첨가제로 구성되어 있다.

고체 추진제는 액상인 HTPB, 가소제 등 무게 퍼센트로 약 10%, 산화제, 금속연료인 고체분말 이 85 ~ 89%로 매우 높은 점도를 갖는 물질인 동시에 화재 안전상 민감한 물질이다[1].

고점도에 고위험 물질을 안전하게 혼합하기 위해서는 블레이드가 자전과 공전을 하는 플레 니터리(planetary) 믹서가 많이 사용되고 있는데, 믹서 블레이드 간의 간격, 믹서 보울과 블레이드 간격, 믹서 블레이드 형태 등이 중요한 요소이 다. 블레이드 간격이 좁으면 반죽효과(kneding effect)가 좋지만 블레이드 간의 접촉시 추진제 점화가 일어날 수 있기 때문이다. 따라서, 추진 제 믹서에서 제일 중요한 부품으로써 블레이드 는 막힘형 블레이드와 개방형 블레이드로 구성 되어 제작되고 있다. 블레이드의 동작은 각각의 블레이드가 자전과 공전을 하면서 믹서 보울 (bowl) 내의 추진제를 균일하게 혼화해준다.

미국 상무성에 따르면 20 gallon 용량 이하의 추진제 믹서는 수출통제품목에서 제외되지만 그 이상에서는 엄격하게 규정하고 있어 어느 정도 의 추진제 무게가 요구되는 경우 해당 믹서를 구입하기가 곤란한 실정이다[2]. 이에 당사에서 는 이러한 어려운 점을 극복하기 위하여 믹서를 국내개발하기로 하였다. 기존 보유 믹서 및 자료 와 국내 유사장비를 참고하였으며, 믹서의 성능 인자에 영향을 줄 수 있는 블레이드는 미국 믹 서의 형상과 스케치를 이용하여 역설계로 개발 을 진행하였다.

2. 추진제 믹서 종류

추진제 믹서는 추진제 종류에 따라 혹은 공정 에 따라 Fig. 1과 같이 수평형, 수직형, 그리고 연속형 믹서로 나뉠 수 있다[3].

Fig. 1 Typical propellant mixer to the mixing operation.

Fig. 2 300 Gallon vertical mixer (B&P社, www.

bpprocess.com).

추진제 제조에 사용되는 믹서는 Fig. 2처럼 수 직형의 플레니터리 믹서가 주종을 이룬다. 플레 니터리 믹서는 원통형으로 한 개 혹은 그 이상 의 혼합 요소(mixing element)를 갖는 수직형 용 기(믹서 보울)로 구성된다. 이들 혼합 요소들은 블레이드 형상이며, 각 블레이드는 행성운동과 같이 공전과 자전을 한다.

이 믹서의 장점은 1) 회전하는 블레이드에 의

해 대상물질을 좌우만 아니라 상하간의 운동으 로 강한 믹싱작용을 수행하도록 하며, 2) 믹싱구 역으로부터 용기의 탈거가 용이하고, 3) 뱃취 (batch)간 오염을 방지하기 위해 블레이드나 용 기 세척이 용이하다. 또한, 4) 공정상 믹싱 종료 후 용기 바닥에 설치된 배출밸브를 통해 추진제 혼합물을 배출시킴으로써 추진제 충전이 용이하 다.

수평형 믹서는 Fig. 3과 같이 일명 반죽기 (kneader)로 잘 알려진 믹서인데, 대표적인 믹서 로는 시그마 믹서가 있다. 시그마 믹서는 'W‘ 단 면을 갖는 수평 용기로 구성되는데, 두 개의 반 대방향으로 회전하는 블레이드로 구성된다. 용어 상 시그마는 그리이스 문자 시그마와 유사한 믹 싱 블레이드의 모양에 따라 만들어진 것이다. 블 레이드의 다른 형태로 TAMK(Twin Arm Mixer cum Kneader) 믹서가 있다. TAMK는 단일 믹싱 과 니딩(kneading)이라 일컫는 조합된 믹싱의 동 작이 적용되도록 한 믹서이다.

Fig. 3 Horizental mixer (Kneader) with blade configurations (IKA社., www.ikaprocess.com)

3. 추진제 믹서 국산화 개발

당사에서 개발된 플레니터리 믹서는 기존 보 유하고 있던 실물을 참고로 역설계하여 진행하 였다. 수직형 플레니터리의 믹서의 기본 구성은 Fig. 4와 같다.

3.1 플레니터리 믹서의 기본 구성장치 3.1.1 스탠드 및 프레임

스탠드는 강판으로 제작되는데, 구동시스템, 보울상승(bowl lift) 장치 등을 고정시키고 회전 하우징을 지지하기 위한 강성구조물로 구성된다.

사용된 금속재질은 SS 400을 사용하였으며 평 판을 절곡하여 견고하게 제작하였다. 외부청결 및 안전성을 고려하고 녹을 방지하기 위해 Munsell 5Y9/1.5 페인트를 사용하였고 상부 및 하부 프레임 분해가 용이하도록 볼트로 체결하 는 형태로 제작하였다.

3.1.2 믹싱 보울(mixing bowl)

믹싱 보울은 Fig. 5에서 보여주는 형상을 가지 며, 추진제를 혼화(chemical mixing)시키기 위한 용기로써, 추진제가 접촉되는 부위를 감안하여 청결 및 안전성을 갖도록 STS 304 재질을 사용 하였다. 보울 내부는 추진제 혼화 중 흐름을 유 지하기 위해 표면을 연마 처리하였고, 믹싱 보울 내부의 6군데의 표면조도를 측정한 결과 0.02 ~

Fig. 4 Schematics of a vertical planetary mixer.

0.05 μm의 표면 조도를 갖는 것으로 측정되었 다. 추진제 원료 혼화시 일정온도(50℃)를 유지 시키기 위해 순환펌프를 이용하여 내부로 온수 나 냉각수가 순환되도록 물 자켓을 보울 벽면 내부에 설치하였다.

수직형 용기의 상부 플랜지 부위는 보울과 믹 서 하부 프레임이 결합되는 부위인데, 추진제는 진공상태에서 원료가 혼화되기 때문에 진공압에 견딜 수 있도록 설계하였으며, 밀착을 위해 STS 304 플랫바를 믹싱 보울 상부에 용접하였다.

3.1.3 드레인 밸브

드레인 밸브는 혼화 완료된 추진제를 배출시 키는 장치로써, 청결 및 안전성을 고려하여 추진 제 접촉 부위를 STS 304재질로 사용하였고, 기 밀효과를 극대화하기 위해 경도 60을 갖는 재질 의 오링을 적용하였다. 또한, 안전을 위해 수동 으로 핸들을 돌려 개폐하는 형식으로 제작하였 다.

3.1.4 베어링

믹서의 여러 부분에 베어링이 사용되는데, 특 히 믹서 블레이드 구동축이 안전성 측면에서 매 우 중요하기 때문에 설계/제작에 세심한 고려를 하였다.

주로 원통형 롤러베어링을 사용하여 특별한 주유가 요구되지는 않으나, 주기적인 정기 검사 가 필요하다.

회전축을 지지하는 기능을 하는 베어링은 장 착되는 조립부위에 정밀 공차를 적용시켜, 믹서

Fig. 5 Mixing bowl.

블레이드 주축의 흔들림을 방지하는 역할도 한 다. 기밀 하우징과 조립되는 부분은 정밀 가공하 여 베어링 하우징이 움직이지 않도록 설계/제작 하였다. 베어링의 설계수명은 최소 30,000시간이 상으로 고려되었다.

3.1.5 플레니터리 회전축

모타의 회전을 전달받아 회전하는 축으로 추 진제와 접촉되는 부위와 블레이드 연결부의 안 전성과 청결유지를 위해 마찬가지로 STS 304재 질의 스테인레스 강을 사용하였으며, 베어링과 오일 기밀부가 조립되는 부위는 일반공차보다 20%더 정밀한 공차를 적용하여 설계/제작되었 다.

3.1.6 유압 실린더

유압실린더는 오일을 이용하여 피스톤을 이동 시키는 기능을 하는데, 피스톤에 고정된 연접봉 으로 힘을 전달하게 한다. 장점은 작동 스피드의 컨트롤이 용이하고, 요구하는 출력을 고려하여 제작할 수 있다.

3.1.7 캐스터

캐스터는 믹싱 보울의 이동이 용이하도록 보 울 하부에 고정하였다. Fig. 6과 같은 형상으로 특별히 돌발 충격 하중에도 잘 견딜 수 있도록 제작하였다.

Fig. 6 Caster.

3.1.8 감속기 및 기어시스템

Fig. 7과 같이 감속기는 전기 구동 모타의 회 전을 믹서 블레이드의 설계 회전수로 감속시키 는 장치이다.

동력을 전달하는 도구에는 기어, 벨트, 체인 등이 있지만 그중 제일 안정적이고 정확하게 동 력을 전달할 수 있는 장치는 기어이다. Fig. 8 처럼 본 믹서는 플레니터리 블레이드의 회전을 위해 메인 기어와 플레니터리 보조축 기어가 연 결되어 서로 맞물려 회전한다.

Fig. 7 Schematic of reducer and gearing system.

Fig. 8 Mixer configuration and drawings for manufacturing.

3.1.9 스프로켓(sprocket)

방폭구조로 제작된 모타에서 블레이드 구동축 으로 동력을 전달하기 위해 사용되는데, 미끄럼 없이 확실하게 구동이 전달되고 분진이 일어나 지 않으며 소음이 적은 특징이 있다. 재질은 일 반 탄소강 SM45C이며, 일반 상용품을 사용하였 다.

3.2 하우징

3.2.1 고정 하우징

고정하우징 내의 추진제 혼화물질과 직접 접 촉되는 부분은 스테인레스로 제작되고 혼화영역 윗 부분은 탄소강으로 제작하였으며, 고정하우징 상하부는 진공을 유지할 수 있도록 설계하였다.

3.2.2 회전 하우징

고정하우징에 의해 고정되며, 믹서 블레이드 회전축, 베어링과 기어로 구성된다. 인테그럴 펌 프가 장착된 퍼널 다운 윤활시스템이 장착되었 다. 펌프는 블레이드 기어에 의해 직접 구동된 다. 블레이드 회전축상의 베어링 하부 장착대는 그리이스로 윤활시키는데 작동영역에서 오일 누 수를 방지하는 기능을 한다.

고정 하우징 벽면에 설치된 포트에 의해 회전 하우징 내부의 베어링 및 기어에 윤활유가 공급 된다.

3.3 윤활시스템

윤활제가 추진제 혼화부(믹싱 보울 내부)로 유 입되지 않고, 믹싱 보울 내의 추진제가 회전하우 징 내의 베어링 구역으로도 유입되지 않도록 2 개의 lip-seal이 회전과 고정 하우징 사이에 기밀 을 위해 설치되었다.

믹서 블레이드 회전축의 기밀을 위해서 mechanical seal을 장착하였다.

3.4 혼화요소(블레이드)의 역설계 및 제작 3.4.1 믹싱 블레이드

3.4.1.1 1차 블레이드(inner blade)

저속 블레이드로써, 추진제를 믹서 보울 바닥

에서 상부로 유동시키기 위해 믹서 중심축으로

부터 약간의 옵셋을 가지고 회전한다. 이 블레이 드는 막힘형(solid type)이다.

3.4.1.2 2차 블레이드(out blade)

고속 블레이드로써, 1차 블레이드, 보울벽과 보울 바닥의 추진제 혼합물을 연속적으로 유동 시켜 혼화시키기 위해 믹서 중심축으로부터 일 정한 옵셋을 가지고 자전/공전을 한다. 이 블레 이드는 추진제 혼합물질들이 블레이드를 거쳐 유동할 수 있도록 허용된 개방형(open type)이 다. 2차 블레이드의 트임은 반죽되는 혼합물의 고점성의 원인이 되는 금속분말 혼합시 최대 점 성을 방지한다.

3.4.2 블레이드 제작

믹싱 블레이드는 믹서의 혼합성능을 좌우하는 구성품으로 각각 회전과 공전에 따라 재기능을 다하도록 설계하였다. 이는 기존의 믹서 블레이 드 형상을 참조하여 형상설계를 수행하였다. 블 레이드는 Fig. 9처럼 블레이드 표면이 폐곡선으 로 전체가 막혀있는 1차 블레이드(inner blade) 인 막힘형 블레이드와 블레이드 외곽만 유지된 2차 블레이드인 개방형 블레이드로 구성하였다.

이는 양쪽 다 막힘형인 경우 구동토크가 많이 부가되어 구동 모타에 무리가 가며, 추진제 원료

Fig. 9 Mixer blade configuration.

가 계속적으로 혼합이 될 경우 블레이드 사이에 남아있어 바깥 다른 물질들이 블레이드 사이에 들어오지 못하여 혼화가 제대로 이루어지지 않 기 때문에 연속적 혼합차원에서 블레이드의 개 방된 부위로 배출되어 혼합이 계속 이루어지도 록 설계하였다. 블레이드간 그리고 블레이드들과 믹서 보울내부 벽면과의 간격을 5 mm이상 6 mm 이하로 유지되도록 제작하였다. 제작방법은 기본적으로 형상에 따라 주물로 제작 구성한 후 정밀기계가공으로 진행하였으며, 실물을 제작조 립 후 간격을 정확히 맞추는 방향은 수작업으로 연마 가공하였다.

3.5 믹서개발 결과

Parameter Specification

Capacity 284 L(Max.) / 190 L(Nominal) Dim. (H×D×W) * 2.32 m×1.59 m×3.65 m Bowl Dim.

(ID×H) ** 0.8 m×0.65 m

Bowl M’tl STS 304

Operating Pressure -1.0 ~ 1.5 Kgf/㎠

Operating Temp. 25 ~ 50℃

Jacket M’tl STS 304 Pressure 0 ~ 1.5 kgf/㎠

Temp 5 ~ 7℃

Insulation M’tl Glass Wool Insulation Cover STS 304

Motor 22 KW, 4 P, 380 V, 60 Hz, 3 Ф , D2G4

Blade Anchor

Plate Type Head Plate Sight glass Ф 150

Nozzle Finish Flange 10 K.F.F Rupture Disc 100 A 10 K.F.F Gasket Teflon & EPDM Seal Type Hiper Seal, Oil Seal Electric Source 4 P, 380 V, 60 Hz, 3 Ф Control Invert Control

Reducer KF107AD644

RPM 24 ~ 85 RPM

Table 1. Specifications of developmented mixer.

* H×D×W: Height×Depth×Width

** ID×H: Inner diameter×Height

블레이드 형상설계와 동반하여 믹서를 구동하 는 구동모타와 1&2차 블레이드의 회전방향과 회 전수를 생성하기 위한 기어박스를 설계/제작하 였다. 구동모타 등 전기장치는 모두 방폭 구조로 설계 제작되었다(Table 1).

개발된 믹서의 주요 파라메타들은 Table 2에 50 gallon급으로 개발된 믹서와 기존믹서를 비교 하였다. 전체 크기 면에서는 약간 크지만 블레이 드 사양을 대변하는 간격은 유사하였으며, 구동 모타의 사양을 결정하는 추진제의 점도는 실제 로 25 KP 를 넘지 않기 때문에 50 KP는 믹서 개발에 충분한 사양이라 판단하여 설계하였다.

당사가 개발한 믹서는 300 gallon, 50 gallon, 그리고 1 gallon 믹서의 3종류로, Fig. 10과 같이 1 gallon급과 50 gallon급은 당사가 개발에 참여 한 사업에 적용 중으로 1 gallon은 시편 제작에 50 gallon급은 실제 추진기관 제작에 운용 중에 있다. 또한, 300 gallon급은 당사의 능력 보강 차 원에서 제작 완료된 것으로 설치 및 시험 작동 중에 있다.

현재 운용중인 믹서의 기본 사양은 Table 3에

Contents Developed

mixer Typical mixer Maximum

capability

75 gallon (284 L)

75 gallon (284 L) Operating

capability

50 gallon (190 L)

50 gallon (190 L) Dimension

D×W×H

2.32 m×1.59 m× 3.65 m

1.47 m×1.49 m×

3.9 m Viscosity 50,000 poise 150,000 poise

Sealing Mechanical seal Mechanical seal Blade

specification

Inner blade + Outer blade

Inner blade + Outer blade Power

capability

22 KW

(29.5 HP) 20 HP

Blade

clearance 6.6 ~ 8.31 mm 5.08 ~ 7.62 mm

Hazard 1.1 class 1.1 class

Table 2. Comparisons of localized development mixer and typical mixer.

나타내었으며, 실제 추진제를 혼합하여 50여 차 례 성능 평가를 수행하였고, 블레이드 간극 측정 도 동시에 검증하였다.

Fig. 10 Mixers in operation by developing the first domestic (left: 50 gallon, right : 1 gallon).

Contents 50 gallon 1 gallon

Model No. VPM-300 L VPM-5 L

Maximum

capability 75 gallon (284 L) 1.5 gallon (5 L) Operating

capability 50 gallon (190 L) 1 gallon (3.8 L) Dimension

D×W×H

2.32 m×1.59 m×

3.65 m

1.1 m×0.7 m×

1.6 m

Viscosity 50,000 poise

Sealing Mechanical seal

Blade Inner blade

Outer blade

Blade clear- ance

Blade 6.60 ~ 7.03 mm 4.31 ~ 5.96 mm Bowl

wall 7.79 ~ 8.31 mm 5.42 ~ 5.93 mm Bottom 7.13 ~ 7.33 mm 4.15 ~ 4.24 mm

Hazard 1.1 class

Table 3. Main specifications of developed mixers.

4. 추진제 믹서 설계검증 및 제작검사

4.1 설계검증

추진제 믹서는 믹싱요소로 블레이드를 사용하 는데, 블레이드와 믹싱 보울(bowl)사이 또는 블 레이드와 블레이드 간극이 믹서의 혼화성능에 매우 중요한 역할을 한다. 믹서는 가연성 물질인 추진제 원료를 혼화하므로 블레이드끼리 혹은 블레이드와 믹싱 보울간에 금속접촉이 발생할 경우 매우 위험한 상태가 될 수 있으므로 설계 검증차원에서 수치적 검증이 우선되어야한다. 본 개발에서는 유체-구조 연성해석이 가능한 ADINA를 이용하여 추진제에 해당하는 고점도 유체를 혼화할 경우 블레이드와 구동축의 변형 관계를 수치적 검증하였다[4].

해석 절차는 믹서 블레이드 형상의 메시 모델 링과 고점성 유체에 대한 메시 모델링을 수행한 후, ADINA를 이용한 비정상(unsteady) FSI해석 의 2단계 과정이다. 블레이드의 3차원 형상은 Fig. 11과 같으며, 메시 모델링을 위한 블레이드 의 3D 스캐닝을 위해 라이트 방식으로 정밀도 0.02 mm 이상의 정교한 스캔이 가능한 4DL SCANNER R30을 사용하였다.

스캔되어진 블레이드의 형상을 ADINA에 입 력시켜 격자계를 형상화하였다. 1차 블레이드(막 힘형 블레이드)는 6,466개의 3D solid element 로 만들어졌고, 2차 블레이드(개방형 블레이드)

Fig. 11 Results of meshing work for the ADINA.

는 5,029개의 3D solid element 로 만들어졌다.

유체구역은 Fig. 12처럼 믹서 보울이 원통이므 로 원통형상에서 각 블레이드 모델들을 추출한 나머지 부분을 형상화하였고 41,367개의 3D fluid element로 만들어졌다.

유체-구조 연성해석을 위한 기본 조건은 Table 4와 같다.

Fig. 12 3D fluid element generation.

Contents Conditions and input data A n a l y s i s

conditions for FSI

Elastic material Noncompressible flow Newtonian fluid

SAM (Steered Adaptive Meshing)

Structure input data

Modulus of elasticity : 21,000 MPa Poisson’s ratio : 0.3

Density : 7850 kg/㎥

11,495 3D solid elements

CFD input data

Viscosity: 15 Kp Dendity: 1,000 kg/㎥

41,367 3D fluid elements

Applyed Load condition

Blade 1 : 21 RPM, counter-clockwise

Blade 2 : 42 RPM, clockwise

Blade 1 & 2 : 12 RPM, clockwise

Table 4. Analysis conditions and input data.

Fig. 13 Time/step changes of fluid-structure coupling model.

Fig. 14 Velocity vector plots with blade operations (ADINA results).

추진제 믹서는 블레이드가 회전하면서 고점성 유체와의 상호작용의 과정을 갖기 때문에 정상 상태의 해석보다 비정상상태에서 해석을 수행하 여야 한다. 비정상상태에서의 유체-구조 연성 모 델링의 변화는 Fig. 13과 같이 나타났다.

Fig. 14처럼 해석 결과에 따라 고점성 유체로 간주되는 추진제 거동과 구동축에 부여되는 저 항력에 따른 축간 변형량 해석을 통하여, 설계결

과를 정성적으로 확인하고, 믹서의 동작 안전성 도 검증하였다.

4.2 제작 및 성능검사

개발에서 추진제용 믹서 제작 후 검사항목 및 방법에 대해 Table 5에 나타내었다.

제작 완료된 추진제 믹서는 다음의 설치, 동작, 블레이드 간극, 기밀 및 온도유지 항목에 따라 검사를 수행하였다.

4.2.1 설치상태

바닥면에 설치된 믹서가 안정되어 있는지 확인 한 후 믹서의 조립상태, 나사풀림, 의도하지 않 은 기구적인 틈 등이 없는지 검사를 수행하였다.

4.2.2 동작상태

지정된 RPM(예. 1.0 RPM, 10.0 RPM,...)으로 설정하여 동작시키고, 제어기 패널에 표시되는 RPM이 설정된 동작과 일치 하는지 여부를 검사 하였다. 또한, 블레이드간 부딪힘이나 기타 기구 간의 간섭이 없는지를 공회전을 통해 확인하였다.

4.2.3 간극 검사

간극 검사는 블레이드와 블레이드사이, 블레이 드와 믹싱 보울 벽면/바닥면 등 틈 사이를 검사 하였다.

4.2.4 밀폐 검사

밀폐검사는 믹싱 보울을 믹서에 장착한 상태 에서 일정압력 이하로 진공상태를 만들고, 믹서 를 동작시킨 상태에서 압력의 변화를 확인 및 검사하였다. 믹서의 블레이드 회전은 10 Hz로 작동을 시키고 10분이상의 시간동안 압력의 변 화가 20%이하가 되는지를 검사하여 이상 없음을 확인하였다.

4.2.5 온도 유지

위의 조건들이 만족하는 상태에서 믹싱 보울

물 자켓에 온수 등을 공급하여 믹싱 보울 내부

의 온도(50℃)가 원하는 온도로 유지 되는지 검

사하였다.

Contents Detailed inspection Specification Inspection Methods

Installation

Mechanical tolerances/clearance,

Mechanical perfection

No defect Visual inspection

Operation Operation on RPMs

Design RPM

±0 RPM

Verify indicating

RPM on the control

panel.

Clearance

Blade 1 Blade 2 5 ~ 8 mm

Clearance check on

the tolerances Blade 1

Mixing bowl side wall

5 ~ 8 mm

Blade 2

Mixing bowl side wall

5 ~ 8 mm

Blade 1

Mixing bowl bottom

wall

5 ~ 8 mm

Blade 2

Mixing bowl bottom

wall

5 ~ 8 mm

Sealing Vacuum inspection

Less than 20%

pressure drop

Inspection test after

be continued

for 10 minutes on

the designated

pressure

Tempera- ture

Maintaining internal temperature in the

mixing bowl

Design temperature

± 0℃

Measure temperature

Table 5. Inspection and results on the fabrication of the mixer(50 gallon mixer).

4.2.6 안전도 점검

믹서 제작검사는 모두 안전도에 관련하는 내 용이며, 우선적인 것은 추진제가 혼화되는 보울 내의 구조물로 가혹조건에서 믹서 블레이드와 블레이드 간격, 블레이드와 보울 벽과의 간격이 중요하다. 또한 믹서 보울에 추진제 작업은 진공 상태에서 수행되어 충분히 안전하고 유사시에는 믹서 보울이 본체에서 분리되는 안전 스위치를 적용하였다. 또한 유사시 가능성 있는 화재의 진 압을 위해서 델류지 시스템(deluge-system)을 적

용하여 고압/고용량 냉각수를 보울 내부로 유입 하도록 하였다.

5. 결 론

본 논문은 해외 수출(export licence) 통제품목 으로 수입이 불가능에 가까운 어려운 상황에 대 처하기 위해 당사에서 국산화 개발한 믹서의 개 발 과정을 나타내었다. 개발한 믹서는 기존 보유 믹서의 자료를 바탕으로 블레이드 형상설계 및 믹서의 구조를 파악하여 설계하고 필요한 부품 들을 국내/외에서 조달하였다.

본 추진제 믹서는 당사에서 1 gallon, 50 gallon (2011.11월 제작/검증 완료)및 300 gallon 급(2014.8월 제작/시운전 완료)으로 국내최초로 개발하여 검증을 거쳤다. 1 & 50 gallon 믹서의 경우, 현재 진행 중인 로켓추진기관 개발에 적용 하였으며, 지상연소시험과 비행시험을 통해 그 성능을 입증하였다.

후 기

추진제 믹서는 국내에서 추진기관을 개발한 이래로 40년 만에 국산화할 수 있는 기회가 되 었으며, 개발에 있어 설계지원, 추진제 적용과 검증에 기술지원과 노력하여 주신 국방과학연구 소의 연구진에게도 깊은 감사를 표하는 바이다.

References

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