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  1. 2008.01.18 :: 액체, 고체추진제
밀리터리Rep 2008.01.18 10:44
액체, 고체추진제

◆고체 연료와 액체 연료에 관하여..◆

많은 연료들이 에너지를 내기위해서 산소를 필요로 한다. 자동차의 휘발유만해도 공기중의 산소가 없다면 연료로의 가치가 없을 정도이니깐..  일반적인 연료의 연소는 다음과 같다.

예를 들면, 연료 + 산소 ---> 연소 생성물(물, 이산화탄소, 산화물등등) + 에너지(열,빛등등)

여기서 연료와 산소의 관계가 나타나는데 이를 로켓에서는 산화제와 연료(또는 환원제)라고 부른다.
산화제는 간단하게 말해 산소를 가지고 있는 물질을 말한다. 
연료는 산화제에 의해 산화되어 에너지를 내놓는 거라 보면 이해하기가 쉽다.

액체 연료는 이 산화제와 연료가 액체 상태로 되어있다.

산화제는 액체 산소, 과산화수소, 질산, 과산화질소등등.
연료로는 액체 수소, 하이드라진(또는 히드라진, Hydrazine HN=NH), 등
유(제트유)나 디젤유, 알코올등이 있다.

*** 산화제인 액체 산소의 경우 그저 록스(LOX)라고 부르기도 한다.
이는 Liquided OXygen에서 나온 단어로,  미국의 우주 왕복선에 액체 산소와 액체 수소를 주로 사용한다.
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최근엔 하이드라진을 연료로 잘 사용한다.
그러나 이 물질은 연소후에 질소 산화물을 생성하므로 환경에 나쁘다고 비판받기도 한다
이런 점에서는 액체 수소가 가장 깨끗하다.
(단지, 그 지독한 폭발성과 저온으로 보관해야 한다는 것이 문제이지만...)
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액체 연료의 장점과 단점

추력 조정이 쉽다는 점.
연료와 산화제의 양을 적절히 통제하면 원하는 추력을 얻을 수 있기 때문이다.
이 추력의 조절은 아주 간단하게 하려면 그저 연료와 산화제 밸브를 어느정도 열어두느냐로 결정이 가능하다.
게다가 액체 산소와 연료의 조합은 강력한 추진력을 얻을 수 있다.

단점은 연료와 산화제의 통제 장치가 복잡하고 신뢰성이 높아야 한다.
특히 산화제의 경우 종종 그 강력한 산화력의 위력은 파이프와 밸브를 쉽게 부식시키기 충분하다.
또, 연료와 산화제 둘다 액체이므로 각각 별도로 저장되어야 한다.

항상 연료와 산화제를 충전해두려면 관리에 엄청난 신경을 써야 한다.
둘은 혼합되는 순간 폭발이나 화제의 가능성도 있으며 누출됐을 경우 사람에게 치명적으로 위험하기 때문이다.

휘발성이 강하다는것은 관리에 아주 골치아프기 때문.
종류에 따라서는 저온에서 관리되어야 한다. 액체산소와 액체수소같이 말이다.

*************** 2차대전중의 독일공군의 Me163 코멧 ***************
최초의 액체 로켓 추진 방식의 항공기였다.
이 1인승 로켓기는 무려 시속 960km를 내었으니까...
운용 방식도 문제가 많았지만 이 항공기의 약점은 그 추진제도 한몫한다.
T슈토프(T-Stoff, 과산화수소수)과 C슈토프(C-Stoff, 하이드라진과 알코올과 물)는
새어나와 혼합되는 순간 폭발했으며, 유독해서 조종석으로 유출될 경우 사람을
흔적없이 녹여버리는 것도 가능했기 때문...

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안전을 위해 발사 직전에 주입한다고해도 이게 귀찮은 일입니다.
먼저 연료와 산화제 주입에 따른 시간의 손실과 즉응성이 떨어진다는 것이다.
시간을 다투는 병기의 경우 이점은 분명히 약점이다.
상대는 한방 쐈는데 여기선 연료 주입한다고 낑낑대야 한다.
이런 경우 매우 곤혹스럽지 않을수 없다.
좁은 방소에서의 보관과 주입도 문제다.
잠수함 발사 미사일같은 경우 이 점은 더욱 곤란한 점이다.

*** 냉전 시대의 이야기 하나.
과거 소련과 미국이 핵병기로 서로 으르렁 댈 때...
잠수함 발사 미사일의 추진제가 미국은 고체, 소련은 액체였다.
미국은 고체, 소련은 액체를 사용하다보니,,,그래서, 소련도 탄도미사일의 재장전-시간을 줄이기 위해 고체연료를 서둘러 개발해야만 했다

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고체 연료는 말그대로 고체 상태의 것을 의미한다. 즉,산화제와 연료가 혼합되어서 고체로 되어있다는 곳이다.
고체 연료는 크게 컴퍼지트 추진제와 무연화약 추진제로 구분이 된다.

컴퍼지트 추진제는 산화제와 연료가 화학적으로 결합되지 않고 그저 혼합된 상태로 성형만 된것을 말한다.

컴퍼지트 추진제의 산화제로는 고체상태의 과염소산염(과염소산칼륨 같은)과 질산염(질산암모늄같은)이 주로 사용되기도 한다. 컴퍼지트 연료의 연료는 연료결합제란 이름으로 불리는데,,,
폴리에스터나 에폭시 수지, 폴리설페이트, 폴리우레탄등의 합성수지 종류가 애용된다.
또, 이 연료결합제는 부숴지기쉬운 고체 추진제를 다루기 쉽고 성형하기 좋게 도와주기도 한다.

*** 아래는 몇가지 컴퍼지트 추진제의 성분*************************
과염소산칼륨 75~85% + 아스팔트와 중유.
과염소산칼륨 65~85% + 합성 수지.
피크린산암모늄과 질산 나트륨 90% + 합성 수지.
과염소산암모늄 65~85% + 합성수지.
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무연 화약 추진제는 단일성분으로 추진제의 성질을 가진것으로 산화제와 연료의 성질을 단일물질이 가지고 있는 것으로 보면된다. 예를들면, 니트로 셀룰로스(바로 면화약)가 바로 그 예이다.

이 무연화약 추진제는 여러 가지를 혼합해 사용하는 경우가 많은데,니트로 셀룰로스, 니트로글리세린, 니트로구아니딘, 디에틸프탈레이트등등..을 혼합해서 사용하며 이런경우 더블베이스 추진제라고 부르기도 한다.

사실, 이 부분을 아시는 분이라면 컴퍼지트 추진제나 무연화약 추진제나 둘다 일종의 화약이다.

간단히 말하자면, 고체 로켓 추진제는 천천히 타는 화약으로서,고체추진제의 장점은 관리와 즉응성이다. (액체 추진제들처럼 흐른다던지 증발되는 일이 없다.)

더욱 좋은 점은 장치의 구조가 아주 간단하다는 점이다. (밸브나 파이프, 통제장치가 필요없기때문에..)

그러나... 고체추진제의 최대단점은 추력 조정이 아주 어렵다는 것이다.
또,연소시간이 짧으며 액체 추진제에 비하면 에너지(출력)가 적게 나오는것도 단점으로 지적된다.

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posted by 지나가다가