Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers (한국추진공학회지)

The Korean Society of Propulsion Engineers (한국추진공학회)
권호 표지

Effects of Catalyst Granule Failure in Monopropellant Satellite Thruster

단일추진제 위성추력기에서 촉매 파손에 의한 영향

  • 황창환 (한국과학기술원 항공우주공학과 대학원) ;
  • 이성남 (한국원자력연구원 수소생산원자로기술개발부) ;
  • 백승욱 (한국과학기술원 항공우주공학과) ;
  • 김수겸 (한국항공우주연구원 위성 열/추진 팀) ;
  • 유명종 (한국항공우주연구원 위성 열/추진 팀)
  • Received : 2011.08.02
  • Accepted : 2011.09.28
  • Published : 2011.12.30
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Abstract

Various sizes of hydrazine monopropellant thruster have been used on satellite and space launcher vehicle. The test and handling procedure of hydrazine monopropellant thruster are usually difficult because of the toxicity of hydrazine and its decomposition product gases. Therefore, the numerical analysis can help understand the effects of various design parameters and can reduce the time as well as expenses. In this study, the numerical analysis is performed by modelling the catalyst bed as one dimensional porous medium. Thereby, resulting physical phenomena are examined by considering the variation of catalyst bed characteristics incurred by catalyst granule failure.

하이드라진을 단일추진제로 사용하는 추력기는 인공위성 및 발사체의 자세제어를 위한 용도로 다양한 크기로 제작되어 사용되어왔다. 하이드라진과 분해생성물인 암모니아의 독성으로 인해 취급과 시험이 매우 까다롭기 때문에 여러 설계 변수로 인한 영향을 수치해석을 이용하여 분석 한다면 시간과 비용을 절약할 수 있다. 본 연구에서는 촉매대를 1차원 다공성 매질로 모델링하여 수치해석을 수행하였다. 이를 통하여 촉매대 파손에 따른 특성변화를 고려하여 발생 가능한 물리현상을 수치해석을 통해 파악하였다.

Keywords

References

  1. 이성택, 이상희, 최영종, 류정호, "단일 하이드라진 추력기 개발에 관한 고찰," 한국추진공학회지, 제3권, 제1호, 1999, pp.72-77
  2. 김인태, 이재원, 장기원, 유명종, "우주분야에서의 Hydrazine 적용현황 및 발전방향," 한국추진공학회 2006년도 춘계학술대회 논문집, pp.17-22
  3. 이균호, 유명종, 김수겸, 장기원, 조성준, "단일추진제용 이리듐촉매의 연소성능 측정 및 국내개발 현황," 한국추진공학회지, 제10권, 제3호, 2006, pp.109-117
  4. 김수겸, 유명종, 이균호, 김인태, 이해헌, 이재원, 조성준, "단일추진제 추력기용 하이드라진 분해촉매 성능시험," 한국항공우주학회 2007년도 춘계학술발표회 논문집, 2007, pp.960-963
  5. 김수겸, 이균호, 유명종, 조성준, 김인태, 이재원, "단일추진제 추력기용 하이드라진 분해촉매 수명검증 및 품질보증 시험," 한국항공우주학회 2009년도 추계학술발표회 논문집, 2009, pp.521-524
  6. Kesten A. S., "Analytical Study of Catalytic Reactors for Hydrazine Decomposition," Quarterly Progress Report, UARL, 1966
  7. Shankar V., Ram K. A. and Bhaskaran K. A., "Prediction of the Concentration of Hydrazine Decomposition Products along a Granular Catalytic Bed," Acta Astronautica, Vol. 11, No. 6, 1984, pp.287-299 https://doi.org/10.1016/0094-5765(84)90038-9
  8. Makled A. E., Belal H., "Modeling of Hydrazine Decomposition for Monopropellant Thrusters," 13th International Conference on AEROSPACE SCIENCES & AVIATION TECHNOLOGY, 2009, ASAT-13-PP-22
  9. 한조영, 박태선, 이균호, 유명종, "인공위성 단일추진제 하이드라진 추력기 성능 해석," 한국전산유체공학회 2004년도 추계학술대회 논문집, 2004, pp.137-139
  10. D. I. Han, C. Y. Han and H. D. Shin, "Empirical and Computational Performance Prediction for Monopropellant Hydrazine Thruster Employed for Satellite," Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 46, No. 6, November-December 2009
  11. 이성남, 백승욱, 김수겸, 유명종, "단일추진제 위성추력기 내 연소기 및 노즐 유동 해석," 한국연소학회지, 제15권, 제2호, 2010, pp.12-18
  12. Schmitz B. W. and Smith W. W., "Development of Design and Scaling Criteria for Monopropellant Hydrazine Reactors Employing Shell 405 Spontaneous Catalyst," Final Report NAS 7-372, NASA, 1967
  13. Zehe M. J., Gordon S. and McBride B. J., "CAP : A Computer Code for Generating Tabular Thermodynamic Functions from NASA Lewis Coefficient", NASA, TP-2001-210959, 2002
  14. Daubert T. E. and Danner R. P., "Physical and Thermodynamic Properties of Pure Chemicals: Data Compilation," Hemisphere Press, 1989
  15. Kee R. J., Lewis G. D., Warantz J., Coltrin M. E., Miller J. A. and Moffat H. K., "A Fortran Computer Code Package for the Evaluation of Gas-Phase, Multicomponent Transport Properties," Sandia Report, SAND86-8246B, 1998