로켓

Estes 모델로켓엔진 분해 및 연소시험

Park Lab 2021. 6. 2. 21:48
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안녕하세요 엔지니어 여러분, 박랩입니다.

오늘은 모델로켓 엔진을 분해해보고, 어떻게 연소되는지 아크릴관에 넣고 테스트를 해보도록 하겠습니다.

먼저 Estes 모델로켓은, 많은 유튜버들이 사용하는 신뢰성 높은 엔진입니다

 

다양한 제품군이 있기도 하구요

이를 이용해서 재미있는 아이디어도 만들곤 합니다

오늘 사용할 모델로켓 엔진은 Estes C6-5 엔진입니다

여기서 C6-3이란, C는 클래스를 나타냅니다. 

 

모델로켓 엔진 클래스 / 출처 - NASA

 

Total Impulse, 즉 파워의 크기입니다. 알파벳 크기가 커질수록 두배씩 증가합니다.

Total Impulse추력 x 시간으로, 추력 그래프의 면적이라고 생각하시면 됩니다.

다음, 알파벳 다음에 오는 C6-3에서 6은 평균 추력인 6N을 의미합니다.

C클래스의 임펄스는 10 정도 되니, 연소시간은 10에서 6을 나눈 1.6초 정도 됩니다.

 

다음으로 오는 숫자 C6-5에서 5는, 5초 후 이젝션 차져가 발사되는 시간입니다.

이젝션 차져란, 노즐 반대방향으로 낙하산 사출을 위한 화약이라고 생각하시면 됩니다.

 

 

출처 - Estes Rockets

 

 

모델로켓 엔진은 그래픽으로 봤을 때 노즐, 연료, 딜레이, 이젝션 차져가 있습니다.

몸체는 종이로 된 지관으로 되어있습니다

이그나이터로 점화하면, 코어 없는 연료가 끝으로 연소됩니다.

 

연소가 끝나면 연소 속도가 느린 딜레이 컴포지션이 점화되고, 이때는 추력이 발생하지 않습니다.

딜레이 컴포지션이 모두 연소되면, 끝에 있는 이젝션 차지가 빠른 속도로 연소됩니다.

압력이 발생하여 낙하산이 사출 되는 방식입니다.

 

자 그럼 실제로 한번 뜯어보도록 하겠습니다.

우선 종이 지관을 뜯어봅니다.

 

 

보통 로켓은 타지 않고, 강한 금속으로 만들어야 된다고 생각하시는데,

조선시대 무기인 신기전도 그렇고 종이로 만들어도 충분합니다만..

생각보다 겹겹이 많이 쌓여있습니다.  

 

마지막 겹까지 벗기면 이렇게 노즐이 노출됩니다

대부분 노즐이 꼭 필요한 거냐, 모델로켓 봤더니 노즐이 없더라 이런 질문이 종종 있습니다

단면은 노즐이며, 이렇게 작은 구멍을 통해 고압 기체가 나옵니다

 

 

끝까지 뜯어보면 다음처럼 전체 모습이 나옵니다.

아까 그래픽으로 봤던 모습이 보이죠? 끝에 이젝션 차지와 클레이 캡이 바스러지네요.

클레이 캡과 이젝션 차지를 제거하면, 이렇게 딜레이 컴포지션이 나옵니다

 

연료 표면은 압축이 잘되어 단단해서 가루가 묻어 나올 정도는 아닙니다

딜레이 컴포지션도 생각보다 단단합니다

 

다음은 완전히 노즐을 제거해보겠습니다

단단하네요

 

 

이렇게 긁어도 잘 긁히지가 않을 정도로 단단합니다

연료 단면입니다. 보통 KNSB의 경우 코어를 뚫어놓는데 이렇게 막혀있네요

그 말인즉슨, KNSB는 챔버 벽을 향해 점화되는 반면, 흑색화약은 벌크헤드 방향으로 연소된다는 뜻이겠네요.

 

메인 연료와 딜레이 컴포지션은 어떻게 연결되었는지, 분리가 되질 않습니다

 

[작은 연소실험]

자 그럼 연료마다 어떻게 연소되는지 비교해보겠습니다

우선 딜레이 컴포지션입니다. 약간 스파큘러같이 연소되기도 하고, KNSB랑 특성이 비슷한 거 같은 생각이 드네요

 

다음은 메인 연료입니다.

오 메인 연료는 확실히 점화가 빠르네요.

 

다음은 클레이 캡 안 쪽에 있는 이젝션 차지 화약입니다.

메인 연료는 통짜고, 이 친구는 그래뉼라한, 과립되어 있습니다

연소속도가 빠르네요.

 

자 이렇게 분석이 끝났으면, 다시 연결시켜주고 아크릴통에 넣어 연소시켜보겠습니다

 

 

이번 계기로 알게 된 것

ESTES 로켓은 코어가 없는 흑색화약 계열 로켓이다

종이라도 두꺼우면 금속만큼 큰 압력을 견딜 수 있다

 

이상 오늘은 ESTES 로켓 엔진을 알아봤습니다.

 

 

 

 

 

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