터보펌프용 극저온 정압 저널 베어링의 작동조건이 윤활막 유동 특성에 미치는 영향

초록

터보펌프용 극저온 정압 베어링은 재사용 발사체의 핵심 요소 부품으로 알려져 있다[1,2]. 터보펌프용 극저온 정압 베어링은 펌프에서 가압된 추진제의 일부를 사용하여 작동한다. 정압 베어링에서 소모하는 유량이 높으면 터보펌프 시스템의 효율이 감소할 수 있기 때문에 정압 베어링의 윤활막 유동 특성을 파악하는 것이 중요하다. 실험으로 극저온 정압 베어링의 유동 특성을 얻는 연구 방법은 과거 다수 시도되었다. Oike 등[3,4]은 액체 질소로 작동하는 극저온 정압 베어링에서 발생하는 이상유동을 가시화하는 연구를 수행하며 흐름 특성을 파악하였다. 저널의 회전 속도가 증가할수록 유막에서 이상유동의 영역은 넓어졌으며 베어링의 Flow coefficient가 낮아지는 현상이 발견되었다. 이러한 연구 결과들은 유막에서 발생하는 Cavitation과 같은 이상 (two-phase) 유동이 유체 흐름을 방해하는 한다는 것을 설명한다. 기존 연구에서 극저온 정압 베어링의 작동 조건과 흐름 특성의 관계는 제한적인 범위에서만 분석되었다. 따라서, 본 연구는 넓은 작동 영역에서 액체 질소로 윤활되는 정압 저널 베어링의 작동 조건이 극저온 유막의 유동 특성에 미치는 영향을 실험으로 확인하였다.