Helium Quantity Estimation for LOx Tank Pressurization of a Restartable Pressure-fed Propulsion System

재 점화가 있는 가압식 추진기관의 액체산소 탱크 가압 헬륨량 산정

In a cryogenic propellant tank the pressurant is contracted due to heat loss and the propellant itself evaporates. On a restartable propulsion system such phenomena are more intensive because the propellant contacts with the pressurant on the larger surface during the coast flight. Such heat and mass transfer phenomena should be considered for estimating the amount of pressurant. On the hypothesis that the heat and mass transfer quasi-equilibrium is achieved during the coast flight, the calculation process of the equilibrium pressure is presented. On the process the amount of loaded helium on the Falcon-1 second stage is calculated.

극저온 추진제 탱크 속에서 가압 가스는 열손실에 의해 수축하고 추진제는 기화한다. 재 점화가 있는 추진기관의 경우 무추력 비행구간에서 극저온 추진제가 가압가스와 넓은 표면적으로 접촉하기 때문에 이러한 현상이 증대된다. 가압 가스량을 산정함에 있어 이러한 탱크 내부 열 물질 전달 현상을 고려하여야 한다. 무추력 비행구간에서 열 물질 전달 준 평형상태에 도달한다는 가정 하에 평형압력 계산절차를 제시하였다. 이를 적용하여 Falcon-1 발사체 2단에 탑재된 헬륨량을 산정하였다.