KR100985114B1 - 액체로켓의 재생냉각 연소기 내피와 외피의 확산접합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 액체로켓의 재생냉각 연소기 내피와 외피의 확산접합장치는, 전단과 후단에 개구부가 형성되고, 내부에 냉각유로를 이루는 공간이 형성된 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피; 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 외주면에 접촉되어 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피를 감싸는 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피; 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 전단과 후단의 개구부를 폐쇄하여 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 내부를 밀폐시키되, 일측에 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피 내부로 성형가스를 유입하는 성형가스 공급배관이 결합된 막음판; 및 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피를 가압하며, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피에 보호가스를 공급하는 보호가스 공급홀이 형성된 상부금형 및 하부금형; 및 상기 상부금형 및 하부금형을 성형온도로 가열하는 가열부를 포함할 수 있다. 개시된 액체로켓의 재생냉각 연소기 내피와 외피의 확산접합장치에 따르면,곡면윤곽을 가지는 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 접합강도가 우수하며, 부품을 절감할 수 있으며, 공정이 단축되는 장점이 있다.

확산접합, 액체로켓 재생냉각 연소기, 내피, 외피, 성형가스

Description

액체로켓의 재생냉각 연소기 내피와 외피의 확산접합장치{Diffusion bonding device for inner and outer jacket of recooling combustion chamber}

본 발명은 액체로켓의 재생냉각 연소기 내피와 외피의 확산접합장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 서로 다른 재질로 이루어진 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 외피를 확산접합시키는 액체로켓의 재생냉각 연소기 내피와 외피의 확산접합장치에 관한 것이다.

일반적으로, 구조물을 접합하기 위한 방법은 기계적 접합법과 금속학적 접합법으로 구분된다. 기계적 접합법이란 접합면에 국부적인 소성변형을 주어 접합하는 것이며, 금속학적 접합법이란 접합면에 열과 같은 에너지를 가하여, 국부적으로 용융시키거나 혹은 금속원자의 열운동을 확산시켜 접합하는 것을 말한다.

여기서, 금속학적 접합법의 대표적인 예인 확산접합은 피접합물이 용융되지 않을 정도의 고온에서 일정압력으로 접합하는 기술이다. 이러한 확산접합은 자동차, 철도 등의 수송산업분야 및 항공우주산업 분야에 널리 사용되며, 고상상태에서 접합됨으로 복잡한 형상의 부품 제조에 용이한 장점이 있다. 게다가, 최근에는 신 소재분야의 발달에 따라, 나노복합재료와 같은 다양한 복합재료의 제조를 위해서도 널리 사용된다.

또한, 이종금속의 확산접합 공정은 내산화 분위기에서 피접합물의 특성에 적합한 온도와 압력을 일정시간 동안 가하여 피접합물간의 고체확산 현상을 이용하여 중간 개재물 없이 접합을 수행하는 것으로서 우수한 접합강도를 얻을 수 있고, 일체형으로 성형이 어려운 부품도 본 접합공정을 통해서 분할 부품의 수를 최소화 할 수 있다.

따라서 상기와 같은 확산접합의 장점에 의해, 액체로켓의 재생냉각 연소기 내피와 외피를 확산접합에 공정에 의해 제작하는 방법이 모색되고 있다.

종래기술에 따른 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 접합장치는, 상기 액체로켓의 재생냉각 연소기 내피와 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피 사이에 중간 개재물을 두어 브레이징 공정으로 접합한다.

즉, 상기 중간 개재물의 용융온도까지만 온도를 가함으로써, 상기 중간 개재물이 접착재와 같은 역할을 하게 되어, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피가 접합되는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래기술에 따른 브레이징에 의해 상기 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피를 접합하는 방법은, 접합면의 표면정도와 가공공차 및 중간 개재물의 두께제어가 정확히 이루어져야 하기 때문에 부품수가 증가하고, 공 정이 복잡한 단점이 있다.

또한, 상기 중간 개재물에 의해 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 외피가 접합되기 때문에 접합면에 불량이 발생될 확률이 높은 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 곡면윤곽을 가지는 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 외피를 확산접합 시킴으로써, 부품의 수가 줄어들고, 제작공정 단축되며, 우수한 접합강도를 얻을 수 있는 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 액체로켓의 재생냉각 연소기 내피와 외피의 확산접합장치는, 전단과 후단에 개구부가 형성되고, 내부에 냉각유로를 이루는 공간이 형성된 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피; 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 외주면에 접촉되어 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피를 감싸는 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피; 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 전단과 후단의 개구부를 폐쇄하여 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 내부를 밀폐시키되, 일측에 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피 내부로 성형가스를 유입하는 성형가스 공급배관이 결합된 막음판; 및 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피를 가압하며, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피에 보호가스를 공급하는 보호가스 공급홀이 형성된 상부금형 및 하부금형; 및 상기 상부금형 및 하부금형을 성형온도로 가열하는 가열부를 포함할 수 있다.

상기 막음판은 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 나사결합될 수 있 다.

상기 나사결합된 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 막음판은 용접될 수 있다.

상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피는, 성형전에는 액체로켓 상기 재생냉각 연소기의 내피의 전후방향을 기준으로 반구형으로 분리된 좌측외피 및 우측외피로 형성될 수 있다.

상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 상기 재생냉각 연소기의 외피는 재질이 다를 수 있다.

상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 재질은 크롬동이며, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피의 재질은 듀플렉스 스테인리스일 수 있다.

상기 보호가스와 상기 성형가스는 불활성기체로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치는, 막음판에 의해 밀폐된 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 내부로 유입된 성형가스의 압력과 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피를 가압하는 상부금형 및 하부금형을 통해 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 외피를 확산접합 시킴으로써, 곡면윤곽을 가지는 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 접합강도가 우수하며, 부품을 절감할 수 있으며, 공정이 단축되는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야한다.

도 1은 본 발명에 따른 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치가 도시된 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치에서 상부금형의 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치에서 하부금형의 단면도이다.

본 발명에 따른 액체로켓 재생냉각 연소기 내피와 외피의 확산접합장치는, 전단과 후단에 개구부가 형성되고, 내부에 냉각유로를 이루는 공간이 형성된 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)와, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)의 외주면에 접촉되어 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)를 감싸는 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피(O)와, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)의 전단과 후단의 개구부를 폐쇄하여 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)의 내부를 밀폐시키되, 일측에 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I) 내부로 성형가스를 유 입하는 성형가스 공급배관(P)이 결합된 막음판(B)과, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피(O)를 가압하며, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피(O)에 보호가스를 공급하는 보호가스 공급홀(H)이 형성된 상부금형(110) 및 하부금형(120)과, 상기 상부금형(110) 및 하부금형(120)을 성형온도로 가열하는 가열부를 포함한다.

상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)에는 냉각유로가 구비된다.

상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)의 전단과 후단은 개구되며, 상기 막음판(B)에 의해 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)의 개구부가 폐쇄되는 경우에는 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)의 내부는 밀폐되도록 형성된다.

상기 막음판(B)의 중앙부에는 상기 성형가스 공급배관(P)이 결합되는 결합홀이 형성된다. 이때, 상기 막음판(B)과 상기 성형가스 공급배관(P)은, 결합부에서 누설이 발생되지 않도록 결합된다.

상기 성형가스 공급배관(P)은 상기 성형가스를 펌핑하는 압력펌프와 연결된다.

본 실시예에서, 상기 성형가스 공급배관(P)에서 공급되는 상기 성형가스의 압력은 20 내지 40bar인 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 성형가스의 압력이 상기 범위를 벗어나 더 클 경우 가스누출의 문제가 발생될 수 있고 더 작을 경우 제대로 확산접합이 이루어지지 않는 문제가 발생될 수 있으나, 상기 성형가스의 압력은 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)와 외피O)의 특성과 온도에 따라 결정되는 것이 바람직하다.

상기 막음판(B)은 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)와 나사결합된 다. 즉, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)의 전단 및 후단의 내주면과 상기 막음판(B)의 외주면에는 나사부가 형성되고, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)와 상기 막음판(B)은 상기 나사부에 의해 나사결합된다.

상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)와 나사결합된 상기 막음판(B)의 결합부 사이에서 상기 성형가스의 누설을 방지하기 위해, 상기 나사결합된 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)와 막음판(B)을 용접하는 것이 바람직하다.

상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)와 상기 재생냉각 연소기의 외피(O)는 재질이 다르게 구성된다. 즉 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)와 외피(O)는 이종금속으로 형성된다.

본 실시예에서, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)의 재질은 크롬동이며, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피(O)의 재질은 듀플렉스 스테인리스로 형성된다.

상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피(O)는, 성형전에는 액체로켓 상기 재생냉각 연소기의 내피(I)의 전후방향을 기준으로 반구형으로 분리된 좌측외피 및 우측외피로 형성된다. 즉, 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피(O)는, 성형전에는 단면이 반원형으로 이루어진 분리된 한 쌍의 좌측외피 및 우측외피로 이루어진다.

상기 상부금형(110) 및 하부금형(120)의 내면에는 완성된 액체로켓 재생냉각 연소기의 외형의 곡면윤곽과 동일한 성형면(R)이 형성된다.

본 실시예에서 상기 상부금형(110) 및 하부금형(120)은 상호 대칭되는 형상으로 이루어지지만, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 형상에 따라 상기 상부금 형(110) 및 하부금형(120)은 다양한 형상으로 구비될 수 있다.

상기 상부금형(110) 및 하부금형(120)은 프레스와 같은 가압부와 연결되어 상기 성형면(R)이 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 외피(O)와 접촉되어 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 외피(O)를 가압한다.

물론 상기 상부금형(110)의 하면과 상기 하부금형(120)의 상면에는 상기 성형가스 공급배관(P)이 안착되는 안착홈(S)이 형성된다.

상기 상부금형(110)과 하부금형(120)에 형성된 보호가스 공급홀(H)은 출구가 상기 상부금형(110) 및 하부금형(120)의 성형면(R)에 형성된다. 상기 보호가스 공급홀(H)의 입구는 상기 보호가스를 공급하는 공급펌프와 연결된다.

본 실시예에서 상기 보호가스 공급홀(H)은 상부금형(110)과 하부금형(120)에 각각 2개씩 형성되며, 상기 보호가스가 균일하게 확산되도록 상기 보호가스 공급홀(H)의 출구는 일정간격 이격되어 구비된다.

본 실시예에서, 상기 성형가스 및 보호가스는 아르곤과 같은 불활성 가스로 이루지지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

물론, 본 발명에 따른 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피(I)와 외피(O)의 확산접합장치는 상기 상부금형(110) 및 하부금형(120)의 가압, 상기 성형가스 및 보호가스의 공급을 제어하는 제어부를 더 포함한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)의 전, 후단 개구부에 상기 막음판(B)을 결합하여 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)의 내부를 밀폐시킨다. 상기 성형가스의 누설을 더욱 효과적으로 방지하기 위해 결합부를 용접한다.

이후, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피(O)를 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I) 외주면에 밀착시켜 가조립한다. 이때, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 외피(O)는 반구형의 좌측외피(O) 및 우측외피로 이루어지기 때문에 조립이 용이하다.

상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)와 외피(O)가 가조립된 액체로켓 재생냉각 연소기를 상기 상부금형(110)과 하부금형(120)에 안착시킨다.

이후 상기 상부금형(110)과 하부금형(120)을 밀착시키고, 상기 상부금형(110) 및 하부금형(120)의 보호가스 공급홀(H)을 통해 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 외피(O)에 상기 보호가스를 공급한다. 이때, 상기 가열부를 통해 상기 상부금형(110)과 하부금형(120)을 가열하여 상기 상부금형(110)과 하부금형(120)의 성형면(R)의 온도를 성형온도가 되도록 한다. 상기 성형온도란, 본 발명에 따른 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)와 액체로켓 재생냉각 연소기 외피(O)가 확산접합될 수 있는 온도를 말한다.

본 실시예에서 상기 성형온도는 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피(I)의 재질인 크롬동과, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피(O)의 재질인 듀플렉스 스테인리스가 확산접합되는 온도이지만, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)와 외피(O)의 재질이 달라지면 상기 성형온도도 그에 따라 달라질 수 있다.

이후 상기 성형가스 공급배관(P)을 통해 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)의 내부로 성형가스를 공급함과 동시에 상기 상부금형(110)과 하부금형(120)이 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 외피(O)를 가압한다.

즉, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 외피(O)에 작용하는 상부금형(110)과 하부금형(120)의 가압력과, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)에 작용하는 상기 성형가스의 압력은, 상호 반대방향으로 작용하기 때문에 상기 액체로켓 재생냉각 연소기 내피(I)와 외피(O)의 확산접합이 용이하게 이루어지게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치가 도시된 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치에서 상부금형의 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치에서 하부금형의 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

110: 상부금형 120: 하부금형

B: 막음판 H: 보호가스 공급홀

I: 액체로켓 재생냉각 연소기 내피 O: 액체로켓 재생냉각 연소기 외피

P: 성형가스 공급배관

Claims (7)

1. 전단과 후단에 개구부가 형성되고, 내부에 냉각유로를 이루는 공간이 형성된 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피;

   상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 외주면에 접촉되어 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피를 감싸는 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피;

   상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 전단과 후단의 개구부를 폐쇄하여 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 내부를 밀폐시키되, 일측에 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피 내부로 성형가스를 유입하는 성형가스 공급배관이 결합된 막음판; 및

   상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피를 가압하며, 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피에 보호가스를 공급하는 보호가스 공급홀이 형성된 상부금형 및 하부금형; 및

   상기 상부금형 및 하부금형을 성형온도로 가열하는 가열부를 포함하는 액체로켓의 재생냉각 연소기 내피와 외피의 확산접합장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 막음판은 상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 나사결합되는 것을 특징으로 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 나사결합된 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 막음판을 용접하는 것을 특징으로 하는 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피는, 성형전에는 액체로켓 상기 재생냉각 연소기의 내피의 전후방향을 기준으로 반구형으로 분리된 좌측외피 및 우측외피로 형성되는 것을 특징으로 하는 구비되는 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피와 상기 재생냉각 연소기의 외피는 재질이 다른 것을 특징으로 하는 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 내피의 재질은 크롬동이며,

   상기 액체로켓 재생냉각 연소기의 외피의 재질은 듀플렉스 스테인리스인 것을 특징으로 하는 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 보호가스와 상기 성형가스는 불활성기체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액체로켓의 재생냉각 연소기의 내피와 외피의 확산접합장치.

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