KR100988260B1 - 분사 노즐 조립체 및 이를 포함하는 고체 추진제 가스발생기 - Google Patents

분사 노즐 조립체 및 이를 포함하는 고체 추진제 가스발생기 Download PDF

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본 발명은 분사 노즐 조립체 및 이를 포함하는 고체 추진제 가스 발생기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 분사 노즐 조립체는 유입 포트 및 배출 포트가 각각 형성된 노즐; 및 상기 유입포트가 형성된 노즐의 일단에 결합되며, 상기 유입포트로 유입되는 유체의 흐름을 조절하는 유동 제어 필터를 포함하되, 상기 유동 제어 필터는, 노즐의 유입포트와 대응되며 개방된 제 1 종단부와 밀폐된 제 2 종단부를 갖는 중공의 부재로서, 제 2 종단부를 제외한 영역에 복수의 관통홀이 형성되어, 외부에서 공급된 유체가 상기 유동 제어 필터의 제 2 종단부에 의해 그 유동이 제한되고, 관통홀을 통하여 유동 제어 필터 내로 유입된 후, 노즐의 유입 포트로 유동되는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 분사 노즐 조립체는 노즐 내로 유입되는 연소가스의 압력을 상승시켜 가스 발생기의 전체 크기 및 중량을 감소시킬 수 있다.
Figure R1020080047998
분사 노즐, 유동 제어 필터, 고체 추진제, 가스 발생기

Description

분사 노즐 조립체 및 이를 포함하는 고체 추진제 가스 발생기{Injection nozzle assembly and solid propellant gas generator comprising the same}
본 발명은 분사 노즐 조립체 및 이를 포함하는 고체 추진제 가스 발생기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 노즐 내로 유입되는 연소가스의 압력을 상승시켜 가스 발생기의 전체 크기 및 중량을 감소시킬 수 있는 분사 노즐 조립체 및 이를 포함하는 고체 추진제 가스 발생기에 관한 것이다.
일반적으로 가스 발생기라고 하는 것은 발사체 예를 들어 로켓 등에 사용되는 고체 추진제를 연소시켜 가스를 발생하는 장치를 말하며, 이에 의해 발생된 가스에 의해 터빈을 가동하게 된다.
즉, 첨부된 도 1에 도시된 바와 같이 내부 고체 추진제가 연소되는 가스 발생기(10)에서 연소가스가 발생하면, 노즐(20)을 통해 터빈(30)으로 투입되며, 상기 투입되는 연소가스에 의해 상기 터빈(30)을 구동하게 된다.
이러한 가스 발생기(10)의 구조는 도 2에 도시된 바와 같이 통상 연소관(11) 내부에 고체 추진제(12)가 충진되어 있으며, 상기 고체 추진제(12)는 이그나이터(ignitor)(13)에 의해 점화되어 연소가스를 발생하게 된다.
상기 가스 발생기(10)내부에서 발생된 연소가스는 노즐(N)을 통해 앞서 설명한바와 같은 터빈으로 투입된다.
종래의 가스발생기의 경우 상기 고체 추진제의 연소온도가 낮고, 연소속도 또한 느린 특성을 가지고 있다.
그런데, 상기 터빈을 구동하기 위해서는 일정량의 연소가스가 노즐을 통해 상기 터빈측으로 투입되어야 하는데, 상술한 바와 같이 연소속도가 느린 고체 추진제의 경우 필요한 양의 연소가스를 공급하기가 위해 고체 추진제의 연속 면적을 증가시켜야 했으며, 이 경우 상기 고체 추진제의 면적 증가에 따른 가스 발생기의 크기가 증가하여 발사체의 전체적인 중량이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유동의 흐름 즉 연소가스의 유동을 제한하여 노즐 내로 유입되는 연소가스의 압력을 상승시켜 가스 발생기의 전체 크기 및 중량을 감소시킬 수 있는 분사 노즐 조립체 및 이를 포함하는 고체 추진제 가스 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
본 발명의 일 측면에 따른 분사 노즐 조립체는 유입 포트 및 배출 포트가 각각 형성된 노즐; 및 상기 유입포트가 형성된 노즐의 일단에 결합되며, 상기 유입포트로 유입되는 유체의 흐름을 조절하는 유동 제어 필터를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 일 측면에 따른 분사 노즐 조립체를 구성하는 유동 제어 필터는 노즐의 유입포트와 대응되며 개방된 제 1 종단부와 밀폐된 제 2 종단부를 갖는 중공의 부재로서, 제 2 종단부를 제외한 영역에 복수의 관통홀이 형성되는 것이 바람직하다.
이때 본 발명의 일 측면에 따른 분사 노즐 조립체는 외부에서 공급된 유체가 상기 유동 제어 필터의 제 2 종단부에 의해 그 유동이 제한되고, 관통홀을 통하여 유동 제어 필터 내로 유입된 후, 노즐의 유입 포트로 유동되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따른 고체 추진제 가스 발생기는 고체 추진제의 연소에 의해 연소가스가 발생되는 가스 발생부; 상기 가스 발생부 후방에 결합되고, 상기 연소가스의 유입 포트 및 배출 포트가 각각 형성된 노즐; 상기 유입포트가 형성된 노즐의 일단에 결합되며, 상기 유입포트로 유입되는 연소 가스의 흐름을 조절하는 유동 제어 필터; 및 상기 노즐의 배출 포트 후방에 배치된 터빈을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 일 측면에 따른 분사 노즐 조립체를 구성하는 유동 제어 필터는 노즐의 유입포트와 대응되며 개방된 제 1 종단부와 밀폐된 제 2 종단부를 갖는 중공의 부재로서, 제 2 종단부를 제외한 영역에 복수의 관통홀이 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명의 일 측면에 따른 고체 추진제 가스 발생기는 가스 발생부로부터 공급된 연소가스가 상기 유동 제어 필터의 제 2 종단부에 의해 그 유동이 제한되어, 관통홀을 통하여 유동 제어 필터 내로 유입된 후, 유입 포트를 거쳐 노즐 내부를 유동한 뒤, 배출포트를 통하여 터빈으로 공급되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 분사 노즐 조립체 및 이를 포함하는 고체 추진제 가스 발생기는 유동 제어 필터에 의해 노즐로 유입되는 연소가스의 압력을 상승시킬 수 있어 가스 발생기의 전체 크기와 중량을 감소시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐 조립체 및 이를 포함하는 가스 발생기를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 추진제 가스 발생기의 일부를 절개한 상태의 요부 분리 사시도이고, 도 4 는 도 3 에 도시된 각 구성부재가 결합한 상태의 단면도이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 추진제 가스 발생기를 구성하는 유동 제어 필터의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐 조립체(100)는 유입 포트(121) 및 배출 포트(122)가 각각 형성된 노즐(120) 및 상기 유입 포트(121)가 형성된 노즐(120)의 일단에 결합되며, 상기 유입 포트(121)로 유입되는 유체의 흐름을 조절하는 유동 제어 필터(110)를 포함한다.
이때 상기 유동 제어 필터(110)는 노즐(120)의 유입포트(121)와 대응되며 개방된 제 1 종단부(112)와 밀폐된 제 2 종단부(111)를 갖는 중공의 부재로서, 제 2 종단부(111)를 제외한 영역에 복수의 관통홀(113)이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐 조립체(100)에서는 외부에서 공급된 유체가 상기 유동 제어 필터(110)의 제 2 종단부(111)에 의해 그 유동이 제한되고, 유동 제어 필터(110)에 형성된 복수의 관통홀(113)을 통하여 유동 제어 필터(110) 내로 유입된 후, 노즐(120)의 유입 포트(121)로 유입된다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐 조립체(100)는 노즐(120)의 유입 포트(121)로 유입되는 유체의 유동을 의도적으로 조절하기 위하여, 유체의 유동 과정에서 압력 손실 계수가 상당히 높은 유동 제어 필터(110)를 노즐(120)의 유입 포트(121) 전방에 설치하는 것이며, 따라서 종래와는 달리 고체 추진제의 면적을 증가시키지 않을 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐 조립체(100)를 구성하는 노즐(120)에는 유입 포트(121)와 배출 포트(122) 사이에 형성된 노즐목(123)이 구비된다.
상기 본 실시예에서 상기 노즐목(123)이란 노즐(120)의 유입 포트(121)와 배출 포트(122) 사이의 유동로 중 단면적의 넓이가 가장 작은 곳을 뜻한다.
이때 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐 조립체(100)에서는 상기 유동 제어 필터(110)의 관통홀(113)의 전체 단면적의 합이 노즐(120)의 노즐목(123) 단면적보다 2 ~ 3 배 넓은 것이 바람직하다.
관통홀(113)의 전체 단면적의 합이 노즐목(123)의 단면적보다 작게 되면 노즐목(123)에 의한 연소가스 유량제어가 불가능해지므로 실제유량이 설계유량보다 작아지게 되므로 관통홀(113)의 전체 단면적의 합이 노즐(120)의 노즐목(123) 단면적보다 2 ~ 3 배 넓은 것이 바람직하고, 반대로 관통홀(113)의 전체 단면적의 합이 노즐목(123)의 단면적보다 과도하게 커지면 유동 제어 필터의 압력 손실 계수가 작 아짐으로써 연소관내 연소가스 압력을 충분히 상승시킬 수 없다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐 조립체(100)는 유동 제어 필터(110)의 제 1 종단부(112) 내주면에 나선부(114)가 형성되어, 노즐(120)의 유입 포트(121) 외주면에 형성된 나선부와 나선 결합된다.
한편 도 3 및 도 4 에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 추진제 가스 발생기는 고체 추진제(220)의 연소에 의해 연소가스가 발생되는 가스 발생부(200); 상기 가스 발생부 후방에 결합되고, 상기 연소가스의 유입 포트 및 배출 포트가 각각 형성된 노즐; 상기 유입 포트가 형성된 노즐의 일단에 결합되며, 상기 유입포트로 유입되는 연소 가스의 흐름을 조절하는 유동 제어 필터 및 상기 노즐의 배출 포트 후방에 배치된 터빈(도시하지 않음)을 포함한다.
여기서, 고체 추진제 가스 발생기를 구성하는 노즐 및 유동 제어 필터는 전술한 분사 노즐 조립체(100)를 구성하는 노즐 및 유동 제어 필터와 그 세부 구성 및 기능이 동일하고, 이하 중복 설명을 피하기 위하여 각 구성의 구체적인 설명은 생략하고, 도면 부호를 동일하게 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체 추진제 가스 발생기를 구성하는 가스 발생부(200)는 연소관(210), 상기 연소관(210)내에 충진된 고체 추진제(220) 및 연소관(210)의 전면을 실링하는 프런트 커버(240)를 포함한다.
또한, 상기 가스 발생부(200)는 상기 고체 추진제(220)를 연소하기 위한 이그나이터(230)를 포함한다.
한편, 고체 추진제 가스 발생기를 구성하는 노즐(110) 및 유동 제어 필터(120)의 결합관계는 전술한 분사 노즐 조립체(100)에서의 결합관계와 동일하다.
또한, 고체 추진제 가스 발생기에서도 유동 제어 필터(110)의 관통홀(113)의 전체 단면적의 합이 노즐(120)의 노즐목(123) 단면적보다 2 ~ 3 배 넓은 것이 바람직하다.
한편, 노즐(120)은 노즐에 형성된 결합부(125)를 통하여 가스 발생부의 후방에 결합되며, 도 4 에 도시된 바와 같이 플랜지 결합 등으로 결합할 수 있다.
이하, 이와 같이 구성된 고체 추진제 가스 발생기에서 연소 가스의 유동을 첨부된 각 도면을 통하여 상세히 설명한다.
연소관(210)내의 고체 추진제(220)의 연소에 의해 연소 가스가 발생되며, 상기 연소 가스는 상기 유동 제어 필터(110)의 제 2 종단부(111)에 의해 그 유동이 제한된다.
이 후, 상기 연소 가스는 유동 제어 필터(110)에 형성된 관통홀(113)을 통하여 유동 제어 필터(110)내로 유입된 후, 유입 포트(121)를 거쳐 배출 포트(122)를 통하여 터빈(도시하지 않음)으로 공급된다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1 은 종래의 가스 발생기 및 노즐의 개념도.
도 2 는 종래의 가스발생기의 개념도.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 추진제 가스 발생기의 일부 절개 분리 사시도.
도 4 는 도 3 에 도시된 각 구성부재가 결합한 상태의 단면도.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 도체 추진제 가스 발생기를 구성하는 유동 제어 필터의 사시도.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 고체 추진제의 연소에 의해 연소가스가 발생되는 가스 발생부;
    상기 가스 발생부 후방에 결합되고, 상기 연소가스의 유입 포트 및 배출 포트가 각각 형성된 노즐;
    상기 유입포트가 형성된 노즐의 일단에 결합되며, 상기 유입포트로 유입되는 연소 가스의 흐름을 조절하는 유동 제어 필터; 및
    상기 노즐의 배출 포트 후방에 배치된 터빈을 포함하되,
    상기 유동 제어 필터는,
    노즐의 유입포트와 대응되며, 개방된 제 1 종단부와 밀폐된 제 2 종단부를 갖는 중공의 부재로서, 제 2 종단부를 제외한 영역에 복수의 관통홀이 형성되어,
    가스 발생부로부터 공급된 연소가스가 상기 유동 제어 필터의 제 2 종단부에 의해 그 유동이 제한되어, 관통홀을 통하여 유동 제어 필터 내로 유입된 후, 유입 포트를 거쳐 노즐 내부를 유동한 뒤, 배출포트를 통하여 터빈으로 공급되고,
    상기 노즐은 유입포트와 배출포트 사이에 형성된 노즐목을 구비하여,
    상기 유동 제어 필터의 관통홀의 전체 단면적의 합이 노즐의 노즐목 단면적 보다 2 ~ 3 배 넓은 것을 특징으로 하는 고체 추진제 가스 발생기.
  5. 삭제
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