재사용 우주발사체 액체로켓엔진용 터보펌프에 적용하기 위한 하이브리드 저널 베어링: 베어링 단품 성능 측정을 위한 실험장치 설계 및 평가 방법

Abstract

높은 하중지지력을 유지하면서도 고속회전이 가능한 하이브리드 베어링을 극한 작동환경에서운용되는 회전기계에 적용하기 위해서는 정하중 및 동하중 특성에 대한 실험적 측정과 검증이반드시 필요하다 [1]. 본 연구에서는 이와 같은 베어링의 특성 측정을 위하여, 하이브리드 저널 베어링(직경 60 mm, 길이 25 mm, 9.8×9.8 mm2 면적의 정사각형 리세스 9개) 실험장치를 제안하고 설계하였다. 양단에 대칭으로 배치된 볼 베어링으로 지지되는 회전축 중앙에 하이브리드 저널 베어링이 위치하며, 이 외부를 감싸는 하우징에는 와전류 타입 변위 센서와 베어링에 작용하는 힘을 측정하는 로드셀이 장착된다. 별도로 하우징에 부착되는 토크암과 로드셀을 사용하여 하이브리드 저널 베어링에 작용하는 토크를 측정하며, 정확한 베어링 토크 측정을 위해서 외부에서 가해지는 정하중이 베어링 토크에 간섭하지 않도록 방지하는 기구를 추가하였다. 그리고 주파수응답함수를 이용한 parameter identification 방법을 사용하여 동하중계수를 측정할 수 있도록 전자기식 가진기와 주파수 분석기를 도입하였다. 회전축의 구동장치로는 차량용 터보차저를 선정하였으며, 이를 커플링으로 회전축에 연결하였다. 설계된 실험장치는 다양한 하중, 온도, 속도 조건에서 공기, 물, 액화 질소로 윤활이 가능하도록 하였다. 본 연구의 결과는 유체 베어링으로 지지되는 액체추진로켓 터보펌프 개발에 필요한 하이브리드 저널 베어링의 단품 성능을 이해하고 이를 회전체동역학 설계및 특성 분석에 활용할 예정이다.