터보펌프 터빈의 로터 팁 형상에 따른 성능변화 연구

The Effect of Rotor Tip Geometry on the Performance of Turbopump Turbine

터번로터 팁 형상의 변화에 따른 터보펌프 터빈의 성능변화에 대하여 실험적 연구를 수행하였다. 한국항공우주연구원에서 개발중인 30톤급 터보펌프용에 장착된 초음속 충동형 터빈을 기본 모델로 하여 터번로터 슈라우드 유무 및 팁간극 크기에 따른 터빈성능변화를 측정 비교하였으며, 이와 더불어 노즐-로터 오버랩에 따른 터빈성능 변화 연구도 함께 이루어졌다. 시험 수행 결과, 로터 슈라우드 유무에 따라 터빈성능의 절대량은 크게 변화하나 팁간극의 변화에 따른 터빈효율의 민감도는 초음속 충동형 터빈의 경우 고효율 아음속터빈에 비해 크게 작은 것으로 나타났다. 아울러, 최적 효율을 나타내는 노즐-로터 오버랩 값이 존재하는 것을 실험을 통해 확인하였다.

Effect of rotor tip geometry on the performance of supersonic impulse turbine was investigated experimentally. Using the shrouded supersonic impulse turbine of the 30ton class liquid rocket engine turbopump as a base model, the measured performance of de-shrouded rotor was compared. The effect of nozzle-rotor overlap also has been investigated. It has been found that the magnitude of turbine efficiency is largely affected by the existence of the rotor shroud. However, measured efficiency sensitivity of the de-shrouded supersonic impulse turbine with respect to turbine tip clearance was relatively smaller than that of high performance reaction turbine. It also has been found that there exists nozzle-rotor overlap value which results optimum efficiency in supersonic impulse turbine.