재사용 우주발사체용 로켓엔진 터보펌프에 적용하기 위한 하이브리드 스러스트 베어링의 정하중 특성 측정: 압축공기 공급시 발생하는 뉴매틱 햄머 불안정성

Abstract

볼 베어링으로 지지되는 터보펌프는 회전축과 베어링의 물리적 접촉으로 인하여 마찰 및 마모가발생하며, 이로 인해 지속적으로 재사용 하기가 어렵다. 이와 달리 외부 가압 베어링은 가압 유체를 사용하여 회전축과 베어링을 분리하며 이로 인해 마찰이 거의 없다. 그 중 외부 가압 스러스트 베어링은 가압 유체를 통해 회전축의 디스크와 베어링을 분리하여 축방향 마찰을 줄이고 하중을지지한다. 이러한 특성으로 인해 외부가압 베어링을 적용한 터보펌프는 재사용 우주 발사체에 소모되는 비용을 절감시키고 더 나아가 신뢰성을 향상시킬 것으로 기대되며, 이와 관련된 연구가 지속적으로 이루어져 오고 있다 [1,2]. 본 연구에서는 가압 유체로 공기를 사용하는 외부 가압 공기 스러스트 베어링의 뉴매틱 햄머불안정성으로 인한 진동 특성을 규명하고자 한다. 실험에 사용된 스러스트 베어링은 외경 145 mm, 내경 63 mm 이며, 8개의 오리피스 및 포켓으로 공기가 공급된다. 정적 하중이 증가할수록 뉴매틱 햄머 불안정성이 발생하는 주파수가 증가하였으며, 공기 공급 압력 변화에 따른 뉴매틱 햄머가 발생하는 주파수는 큰 차이가 없었다. 또한, 뉴매틱 햄머 불안정성과 가진 실험에서 발생한 주파수를 통해 스러스트 베어링의 강성을 추정하여 비교하였다. 향후 베어링 설계 변수에 따른 뉴매틱 햄머 불안정성 현상을 규명할 것이며 이를 해석적 연구와 비교할 예정이다.