본 연구에서는 추력 500 Kgf의 액체 추진기관을 설계, 제작 및 연소시험을 수행하여 연소 특성을 살펴보았다. 추진제로는 우주발사체 Booster용으로 폭넓게 사용되는 탄화수소계 연료인 kerosene과 산화제로 취급이 용이하고 저장 특성을 지닌 98 % White Fuming Nitric Acid(WFNA)를 사용하였고, 엔진 점화를 위해 WFNA와 접촉 발화성 (Hypergolic)을 갖는 Furfuryl Alcohol/Aniline 혼합액을 사용하였다. 로켓엔진은 20 Kgf/$cm^2$의 연소실 압력으로 500 Kgf의 평균 추력을 내도록 설계되었고, 연소실벽을 고온 연소가스로 부터 보호하기 위해 Film Cooling 방식을 적용하였다.

액체 로켓 추진기관의 개발에 가장 큰 장애요인은 연소불안정 현상이다. 연소불안정이 생기는 원인과 연소실내 음향효과에 따른 분류를 행하고 액체 로켓 추진기관 개발에서 발생하였던 연소 불안정 현상을 추진제 종류와 특성에 따라 살펴보았다. 또한 추진기관의 연소 안정성을 보장하기 위한 성능확인 시험과 연소 불안정을 억제하는 능동적, 수동적 방법에 관하여 기술하였다.

Steady and unsteady numerical simulations are conducted for the experiments performed to investigate the ram accelerator flow field by using the expansion tube facility in Stanford University. Navier-Stokes equations for chemically reacting flows are analyzed by fully implicit and time accurate numerical methods with Jachimowski's detailed chemistry model for hydrogen-air combustion involving 9 species and 19 reaction steps. Although the steady state assumption shows a good agreement with the experimental schlieren and OH PLIF images for the case of $2H_2$+$O_2$+$17N_2$, it fails in reproducing the combustion region behind the shock intersection point shown in the case of $2H_2$+$O_2$+$12N_2$, mixture. Therefore, an unsteady numerical simulation is conducted for this case and the result shows all the detailed flow stabilization process. The experimental result is revealed to be an instantaneous result during the flow stabilization process. The combustion behind the shock intersection point is the result of a normal detonation formed by the intersection of strong oblique shocks that exist at early stage of the stabilization process. At final stage, the combustion region behind the shock intersection point disappears and the steady state result is retained. The time required for stabilization of the reacting flow in the model ram accelerator is found to be very long in comparison with the experimental test time.

소형 터보제트엔진에 대하여 다양한 대기조건에 대하여 DYNGEN을 이용하여 비선형 동적모사를 수행하였다. 블리드 공기량의 변화가 엔진의 성능에 미치는 영향에 대하여 살펴보았다. 성능 향상을 위한 제어기 구성에 앞서 실시간 선형모델을 구하였으며 엔진로터 회전수의 변화에 따른 시스템행렬들의 적합한 변화를 통해 비선헝 모사의 결과에 매우 근접하는 결과를 얻었다. 최적의 LQR 제어기를 구성하는데 있어, 연료유량만을 제어입력으로 고려한 경우와 연료유량과 블리드 공기를 동시에 제어입력으로 고려한 경우의 제어 결과 비교를 통해 단일 입력보다는 다변수 입력을 고려했을 때 연구 대상 엔진이 더 우수한 성능을 발휘함을 알았다.

본 논문은 분사제트 주위에 형성되는 와류를 조절하여 제트를 제어하기 위하여 유동가시화, 속도분포 및 난류성분을 측정하는 실험을 수행하였다. 와류를 조절하기 위한 방법으로 제트노즐 주위에 환형관을 설치하여 환형관으로부터 2차제트를 분사 또는 흡입함으로써 제트주위에 형성되는 전단류를 변화시켰다. 2차제트 분사시 주제트 주위에 형성되는 와류의 발달을 억제함으로써 제트 포텐셜코어의 길이가 아주 길어지는 제트유동을 얻을 수 있었다. 환형관으로부터 주제트주위의 유체를 흡입하는 경우 제트주위의 전단류가 흡입비 R=1.3∼l.65에서 대류불안정성에서 절대불안정성으로 바뀜으로써 형성된 와류가 하류에서 제트중심부까지 발전, 결합되는 것을 방지하여 더 긴포텐셜코어와 중심에서 낮은 난류강도를 얻었다. 위의 결과는 환형관 주위에 부착한 깃의 높이 변화에 따라서 변화하였는데, 이것은 깃이 환형관을 통한 흡입유동의 유로역할을 함으로써 제트밖으로부터 흡입되는 것을 방지할 수 있었다. 분사제트 벡터링을 위하여 제트노즐 주위의 환형관을 이등분하여 한쪽으로만 제트주위의 유동을 흡입함으로써 제트주위에 다른 전단류를 형성함과 동시에 Coanda효과를 이용하여 분사제트를 편향시켰다. 편향되는 정도 및 난류성분은 홉입속도 비에 따라서 크게 바뀌었다.

Based upon the results of numerical calculation. empirical scaling equations were made for supersonic under-expanded jets in both axisymmetric and two dimensional flows. The objective of the present study is to obtain a straightforward method that can predict the under-expanded supersonic jets issuing from various kinds of nozzles. The present empirical equations were agreed with the calculation results of total variation diminishing difference scheme. The supersonic under-expanded jets operating with a given pressure ratio could be well predicted by the present scaling equations.

로켓트 추진기관 단조부품용 $\psi$ 370mm급 알루미늄합금 7175 빌레트의 국산화개발과 관련한 용해주조기술 현황과, 합금설계와 미량원소첨가가 품질과 제작수율개선에 미치는 영향을 분석하였다. 미량의 Be첨가는 용탕의 유동성을 개선하고 미세기공량을 감소시켜 단조성을 개선할 것으로 기대되며, 불순물인 Fe/Si 비를 제어하면 주조균열생성을 크게 억제하는 것으로 나타났다. 현재의$\psi$370mm합금 빌레트의 품질수준은 전반적으로 양호하지만, 단조품의 최종물성 개선과 용해주조 조건 정립을 위한 합금설계, 열해석 등의 체계적인 연구와 노하우습득이 필수적으로 요구되며, 이는 향후 예상되는$\psi$ 650급의 대형빌레트의 개발과 7050적용에 이용될 것으로 판단된다.

알루미늄 합금 형단조에서 재결정없이 미세하고 균일한 아결정 조직을 얻으려면 T-'$\varepsilon$ 공간상의 조직상태도에 근거한 제어된 변형조건하에서 열간 가공해야 한다. 균일 변형을 위해서는 다단계 공정 설계가 필수적인데, 각 단계에서 제품의 어느 요소에서나 가공변수의 변화량($\Delta$T,$\Delta$$\varepsilon$,$\Delta$'$\varepsilon$ )이 최소화가 되도록 금형을 정교하게 설계하고 가공변수를 정밀 제어해야 한다. 알루미늄 합금 7175로서 균일 변형 단조를 적용한 결과 균일하고 안정된 아결정 구조를 얻을 수 있었으며, 이는 특히 ST 방향의 연신률을 크게 향상시킨다.

Wave propagation was studied for an unidirectionally reinforced composite materials. The velocities, the particle directions and the amplitudes of reflected and transmitted waves were obtained. This analysis involves an immersion C-scan procedure. Snell's law was modified to get the velocities of waves. This analysis could be applied to the detection of flaws in a transversely isotropic composite motor case.

In this paper, some of the critical factors in Necking-In process are investigated using a numerical analysis. The optimal processing parameters are established and applied to the actual processes. FEM analysis is carried out based on elastic-plastic work hardening model using ABAQUS/Standard. The results obtained from the commercially available code ABAQUS/Standard are compared with the experimental data and shows a good agreement with experimental data. The purpose of this paper is to search for the relations among the roller angle, feed length, and working force. Stress, strain distribution, displacement and increase in the length of the workpiece are also investigated.

본 연구에서는 상변화 영역에서 열평형 방정식을 별도로 수식화하지 않고도 잠열의 영향을 고려할 수 있으며, 고상과 액상 그리고 2상 영역에서 동일한 형태의 방정식을 사용할 수 있는 엔탈피법을 이용하였다. 상변화 문제의 엔탈피법을 이용한 유한요소해석을 위하여 8개의 절점을 가지며, 각 절점에서 1개의 자유도를 가지는 3차원 육면체 요소가 개발되었다. 해법의 타당성과 해의 정확도를 검증하기 위하여 엄밀해가 존재하는 상변화 문제를 유한요소법으로 해석하고 그 결과를 비교 검토하였다. 연구 결과, 엔탈피법에 의한 유한요소해는 상변화 영역이 하나의 특정 온도인 경우는 물론 온도 구간으로 나타나는 경우에도 시간 증분과 요소수에 크게 영향을 받지 않고 안정된 해가 됨을 알 수 있었다. 검증된 요소를 이용하여 3차원 상변화 문제에 적용하여 해를 나타내었다.

현재 각종 미사일의 추진기관용 연소관을 제작하는데 광범위하게 이용되고 있는 유동성 형공정에 대하여 강소성 구성방정식을 이용 유한요소해석을 수행하였다. 종전의 단일 롤러에 의한 해석과는 달리 3개의 롤러에 의한 연소관의 점진 소성변형을 고려하였으며. 이에 따른 각 룰러의 연소관에 대한 소성변형, 응력분포가 관찰, 분석되었다. 해석 결과 예비성형체의 두께에 따라 소성변형 형태와 그에 따르는 응력분포에 많은 차이가 나는 것으로 밝혀졌다. 또 이상적인 유동성형 공정조건하에서 반경 방향으로의 연소관의 유효 소성변형도는 거의 균일하게 나타났다.

고강도 알루미늄 합금 링롤재의 급냉, 링 팽창(expansion) 및 링 압축(compression) 응력제거처리후 잔류응력을 예측하기 위하여 2차원 축대칭 열해석 및 탄소성 해석을 수행하였다. 급냉 및 응력제거처리 후 2단 과시효 처리(T73)된 링롤재에 대하여 3단계 절단법(Three step sectioning method)을 적용하여 링롤재의 두께에 따른 잔류응력 분포를 측정하였으며, 측정결과를 급냉 및 응력제거처리후 잔류응력 해석결과와 비교분석하였다. 링의 급냉후 원주 및 축방향의 잔류응력 해석값은 T73후 측정값과 비슷한 경향을 보였으며, 링의 내면과 외면에서 압축응력을 나타내었고 중심에서 인장응력을 나타내었다. 잔류응력은 링 팽창(T7351) 및 링 압축(T7352) 적용후 T73에 비해 현저히 감소하였으며, 축방향의 제거 효과가 원주방향보다 우수하게 나타났다. 또한 링 압축에 의한 제거효과가 링 팽창보다 크게 나타났다. 링롤재의 응력제거처리는 제거 효과 및 실용성 측면에서 링 압축 공정이 유리하며, 치수제어 및 장비용량 측면에서 링 팽창 공정이 유리하다는 결론을 얻었다.

혼합형 고체추진제에는 연소속도를 증가시키는 촉매로서 철,구리,크롬등 전이금속 $화합물^1$ 이 사용되고 있다. 현재 당공장에서 양산되는 개량형 추진기관의 추진제에 철화합물인 $Fe_2$ $O_3$ 가 사용되는데 그동안 $Fe_2$ $O_3$ 를 공급해온 미국 Columbian chemical co.에서 생산을 중단함에 따라 새로운 수급이 필요하게 되었다. 이에 이원료의 안정적인 공급을 위해 국산 $Fe_2$ $O_3$ 로 대체 개발하기 위해 국산 원료의 시장조사, 샘플 입수, 그리고 원료분석을 실시하였지만 당공장에서 사용해온 $Fe_2$ $O_3$ 의 원료규격중 순도, 산도(PH값), 입도등 중요항목을 만족할만한 국산 원료는 발견하지 못했다. 하지만 국내 제조업체중 제조능력 및 시설을 고려하여 일신종합화학(인천 소재)을 선정한 다음 제조 공정의 개선을 통하여 당공장 사용 원료을 만족하는 원료를 생산할 수 있었고, 개향형 추진 기관의 추진제에 적용하여 추진제 공정성, 물성, 그리고 가장 중요한 연소특성을 만족하는 국산 $Fe_2$ $O_3$ 를 개발에 성공하여 양산에 적용하고 있다.

최근 유도무기 분야에서 많이 사용되고 있는 가스발생기는 온도가 낮고, 독성이나 부식성이 없는 연소 가스를 요구하고 있기 때문에 산화제로 Ammonium Nitrate(AN)를 주로 사용하고 있다. 그러나 순수한 AN은 온도에 따라 상이 변하는 단점이 있기 때문에 Phase Stabilized Ammonium Nitrate(PSAN)을 사용하고 있으며, 일반적으로 PSAN은 AN과는 다른 연소특성을 갖는다. 본 연구에서는 가스발생기용 추진제의 조성을 연구하면서, 상안정제로 $KNO_3$와 $KCIO_4$을 사용하여 자체적으로 제조한 PSAN들과 ZnO=3%인 PSAN을 사용하여 얻은 추진제의 연소특성을 고찰하였고, 연소촉매를 사용하거나 RDX나 소량의 AP를 사용하여 보다 다양한 연소속도를 갖는 추진제를 제조할 수 있었다.

본 연구는 추진제 연소관 내부에 도포 되는 내열재 라이닝 공정을 최적화하기 위해 라이너 Premix 반응성을 실험하고 그결과를 토대로 Premix 저장조건을 설정하였다. HX-계열의 Bonding agent를 사용하는 LH-2, LH-5, LH-6 라이너를 선택하여 각각 20, 30, $40^{\circ}C$하에서 5주간 저장후 경화제와 경화촉매를 주입하고 초기점도를 측정하여 반응성을 예측하였다. 그 결과 Bonding agent로 HX-868을 사용하는 LH-5, LH-6 라이너가 HX-752를 사용하는 LH-2보다 반응성이 빠르며, 경화제와 경화촉매로 DDI와 T-12를 사용하는 LH-5 라이너가 IPDI와 $Fe(AA)_3$를 사용하는 LH-6 라이너 보다 반응성이 빠르게 나타났다. 이러한 저장온도와 기간에 따른 반응성을 토대로 공정 적용시 급격한 점도 상승에 의한 작업의 불안정성을 피하기 위해 일정 점도를 초과하지 않는 라이너 Premix 저장조건을 설정하였고, 향후에는 Bonding agent로. HX-868을 사용하는 LH-5, LH-6 라이너는 보다 공정성이 양호한 HX-752로 바꾸어 주는 것이 바람직 할 것이다.

내열성복합재료와 Steel 구조물 사이의 좁고 긴 원통형 공간을 내열성 폴리우레탄 재료로 충전하는 연구를 수행하였다. 충전재료를 결정하기 위하여 3종의 폴리우레탄과 에폭시수지를 선정, 시험하여 내열성, 흐름성, 접착성, 경도측정 등을 통하여 최종 결정하였으며 선정된 폴리우레탄을 충전하기 위하여 Resin Transfer Molding(RTM) 방법을 사용하였다. 충전 공정의 적용여부를 판단하기 위하여 아크릴을 이용한 RTM치구를 설계, 제작하여 시험하였다. 충전된 조립체는 비파괴 검사를 통하여 접착, 기공 등을 검사하였으며 지상연소시험을 통하여 내열성능을 평가하였다.

The empirical factor and reaction force based on published data were involved to investigate compressible flows through sudden enlargement and sudden contraction passages. Analytical solutions of engineering interest were obtained from one-dimensional steady compressible gas dynamic equations. The effects of compressibility, cross-sectional area ratio, and inlet Mach number on the air flows were discussed with regards to the total pressure loss and flow choking. The present results provide available information necessary ta design the compressible pipe flow systems.

A nonlinear mathematical model of longitudinal combustion instability appropriate for ramjets and augmentors was developed based on modal analysis. The model was limited to a two-mode formulation. The associated differential equations were solved both analytically and numerically and used to perform parametric studies.

An analytical study has been peformed to investigate the unsteady ignition characteristics of pulse combustion. In many combustion applications, strain rate of the flow can significantly affect the combustion features; ignition, extinction, and reignition. In the pulse combustion, two jets (hot combustion gases and fresh mixtures) coming from the opposite side of the combustor will collide in the combustor forming a stagnation region where the chemical reaction is suppressed by the strain rate until this becomes below the critical value. In this research, the method of large activation energy asymptotic is adopted with one step irreversible kinetics to examine the ignition response to the periodic variation of the strain rate of flow. The results show the variation of the maximum value of strain rate can determine whether the ignition or extinction occur.

본 연구에서는 탄소/에폭시 복합재료의 기계적 결합부의 결합강도 예측을 위한 구조해석과 실험을 수행했다. 복합재료 구조물의 결합부 설계에 있어 베어링파괴는 대단히 중요한 파괴형태 중 하나이다. 그래서 베어링 파괴를 해석적으로 예측하고 실험적으로 확인하였다. 순수인장 파괴(Net Tension Failure)와 베어링 파괴(Bearing Failure) 실험을 위해서 각각 두 가지 형상의 시편을 선택했다. 기계적 결합강도 예측에 사용된 방법은 특성길이(Characteristic Length)법과 연관된 Yamada-Sun 파괴기준(Failure Criterion)과 Tsai-Hill 최대일 이론이다. 그리고 인장특성길이와 압축특성길이는 실험을 통하여 얻어지며, 특히 압축특성길이 결정은 최근에 착안된 베어링파괴 실험으로부터 결정됐다. 위와 같은 예측 방법을 준등방성(Quasi - Isotropic) Carbon Epoxy HT245/RS3232에 적용하였다. 연구결과, 이론적인 복합재료 파괴예측이 실험결과와 잘 일치함을 확인할 수 있다.