익스팬더사이클 (Expander Cycle)
쉽게 풀면
익스팬더사이클은 별도로 추진제를 태우지 않고, 노즐과 연소실 벽을 식히는 과정에서 자연스럽게 데워진 연료의 열만으로 터빈을 돌리는 방식입니다. 마치 온수기에서 데워진 물의 압력으로 작은 터빈을 돌리는 것과 비슷합니다. 별도의 연소 과정이 필요 없어 구조가 단순하고 오염물질이 적지만, 얻을 수 있는 열량이 제한적이라 대형 엔진에는 적용하기 어렵다는 특징이 있습니다.
왜 중요한가
익스팬더사이클은 별도 연소 없이 냉각 폐열을 재활용한다는 점에서 깨끗하고 단순한 사이클로 평가되어, 상단 엔진처럼 상대적으로 작은 추력이 요구되는 임무에서 연구 대상이 됩니다. 냉각 열량이 터빈 구동력의 한계를 결정한다는 점에서 재생냉각 설계와 밀접하게 연동되어 다뤄집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
냉각 통로가 흡수하는 열량이 터빈이 낼 수 있는 힘과 어떤 관계가 있는지 분석했다는 뜻입니다.
구동가스를 다시 연소실로 모두 보내는 방식과 일부만 보내는 방식의 성능 차이를 비교했다는 의미입니다.
조금 더 깊게 보면
익스팬더사이클은 터빈을 구동한 가스 전량을 연소실로 보내는 폐쇄형과, 일부만 연소실로 보내고 나머지는 배출하는 개방형으로 구분됩니다. 냉각 채널에서 얻을 수 있는 열량은 엔진 크기와 표면적에 제한을 받기 때문에, 대형 엔진일수록 확보 가능한 열량 대비 필요한 터빈 출력이 상대적으로 커져 적용이 어려워지는 경향이 있는 것으로 설명됩니다.
주의할 점
익스팬더사이클은 냉각으로 얻을 수 있는 열량이 제한적이기 때문에, 대형 추력이 필요한 1단 엔진보다는 상대적으로 작은 추력의 상단 엔진에 적합하다는 규모상의 제약이 있습니다.