국방과학연구소 이중연소 램제트 특허

본 발명은 이중램제트의 운용 가능 마하수 범위를 확대시킨 하이브리드 추진기관에 관한 것으로, 양단이 개구된 중공부를 구비하는 본체,

상기 중공부로 유입되는 연료-공기를 연소시키도록 상기 중공부에 설치되고 연료-공기를 아음속 상태로 연소시키는 램제트 모드 및

상기 램제트 모드에 이어 초음속 상태로 연소시키는 스크램제트 모드에서 연속적으로 운용되는 복합연소기,

상기 중공부의 후단부에 설치되고 램제트 모드시 상기 복합연소기에서 아음속으로 연소된 가스를 질식시켜

초음속 상태로 배출되도록 축소-확대 형태의 단면을 구비하는 탠덤노즐, 및 상기 중공부의 전단부에 설치되고

스크램제트 모드시 공기가 유입되도록 형성되어 상기 복합연소기에서 연소될 연료-공기를 미리 예연소시키는 가스발생기를 포함한다.

배경기술

현재까지 초음속 또는 극초음속 영역에서 비행을 가능케 하는 엔진 및 추진기관의 개발이 이어져 왔으며,

대표적인 엔진으로는 액체 또는 고체 연료를 사용하는 램제트(Ramjet), 스크램제트(Scramjet) 등이 있다.

특히 램제트가 운용되는 초음속 마하수 영역의 일부와 극초음속 영역에서 운용될 수 있는 이중램제트(Dual Ramjet)의 개념이 개발되었다.

그러나 이중램제트는 램제트가 운용되는 초음속 마하수 영역의 전부를 포함하지 못한다.

종래에 일반적으로 요구되는 최소 운용 가능 마하수 3.0 이상에서 램제트가 운용되어 이중램제트가 점화되려면

별도의 비행체 또는 고체부스터 등을 이용하여 비행체의 마하수를 3.0 이상으로 가속시켜야 한다.

부피가 큰 고체부스터는 별도의 용적이 필요하고, 고체부스터를 이중램제트에 탑재시키는 것은 이중램제트의  운용에 제한을 가하는 요인이 된다.

따라서 마하수의 운용 가능 범위 특히 램제트가 운용될 수 있는 최소 운용 가능 마하수를 2.0까지 낮추어,

비행체가 마하수 2.0까지만 가속되면 2.0 이후로는 이중램제트의 운용이 가능한 추진기관에 대하여 고려될 수 있다.

발명의 효과

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 아음속 상태로 연소된 연료-공기를 탠덤노즐을 이용하여 초음속 상태로 배출시킬 수 있으므로

추진기관의 최소 운용가능 마하수를 2.0까지 낮출 수 있어 전체 이중램제트의 운용 가능 범위가 확대된다.

또한 본 발명은, 이중램제트의 최소 운용 가능 마하수가 2.0까지 확대됨에 따라,

종래보다 작은 크기와 작은 추력을 갖는 고체부스터만으로도 이중램제트의 추진이 시작될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시에 관련된 하이브리드 추진기관에 대한 전산모사 결과를 얻기 위해 적용된 마하수- 고도 그래프이고,

도 6은 도 5의 마하수-고도 그래프로부터 계산된 마하수-비추력 그래프이다.

도 5를 참조하면 비행체의 마하수 증가에 따라 비행체의 고도가 점점 증가함을 알 수 있다.

하이브리드 추진기관은 마하수 2.0에 도달시 램제트 모드에 의한 추진이 시작되고, 마하수 3.7에 도달시 스크램제트 모드로 전환되도록 설정하였다.

도 6에 도시된 바와 같이 마하수 2.0에서 마하수 3.7 사이에서는 탠덤노즐에 의한 연소가스의 질식이 이루어지는 램제트 모드로 비추력이 서서히 감소하다가,

마하수 3.7에서 제어부에 의해 가변유로 밸브가 개방되고  탠덤노즐의 질식기능이 정지되면서 스크램제트 모드로 전환되어

비추력이 계속적으로 증가함을 알 수 있다. 따라서 하이브리드 추진기관은 최소 운용 가능한 마하수의 범위가 2.0까지 낮아져,

마하수 2.0까지의 가속에 필요한 고체부스터 등 별도 부스터의 크기 및 비추력을 줄일 수 있다.

특허명 : 하이브리드 추진기관

등록일자 : 2013.05.22

출원번호 : 10-2013-0011738

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