• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1999년도 제12회 학술강연회논문집
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• pp.2-2
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• 1999

액체추진제 로켓엔진에서 분사기의 미립화 및 혼합 특성과 그에 따른 연소 특성은 성능과 안정성을 결정하는 중요한 파라미터이며 분사기는 제한된 설계 조건하에서 최대의 열방출율을 발휘하도록 설계되어야 한다. 여기서 연소효율은 연료와 산화제의 혼합특성과 충돌 분무의 미립화의 정도에 의해 결정되므로 충돌 분무 유동성의 혼합, 미립화 특성과 이에 따른 인조성능 특성을 명확하게 밝힘으로써 최대 엔진성능을 위한 설계가 가능하게 된다. 분사기의 설계에는 분사요소형태, 분사공의 형상 및 유동시스템 등이 포함되며 특히 분사요소 형태의 선택에는 추진제, 연소실냉각방법, 연소실 형상, 자동조건 및 엔진의 수명 등이 중요한 제한조건으로 고려된다. 이런 형태의 분사 요소들 중, 충돌형 분사기는 저장성 추진제를 사용하는 중, 저추력의 액체추진제 로켓엔진에 주로 사용된다. 이 분사형태는 미립화 성능이 높지 않고, 분사공 직경 및 운동량비에 따른 혼합성능이 만감하며 blow apart 등에 의한 열부하 혹은 안정성에 대한 문제가 있으나 양호한 혼합효율, 신뢰성과 제작의 용이함으로 인하여 광범위하게 사용된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권6호
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• pp.61-68
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• 2002

초음속 유동장 내 수소 연료의 이중 분사가 갖는 연소 특성에 대한 수치연구를 수행하였다. 연료 이중 분사 유동 구조를 수치적으로 모사하기 비평형 화학반응을 포함한 3차원 Navier-Stokes 방정식과 k-$\omega$ SST난류 모델을 사용하였다. 이중 분사기 사이의 변화에 따른 연소특성의 변화를 이해하기 위해서 파라메터 연구를 수행하였다. 이중 수직분사의 연소특성은 단일 수직분사의 연소특성과 상당히 다른 양상을 보이는 것으로 나타났다. 이중 분사에서 두 분사유동의 연소특성은 서로 다른 것으로 나타났는데, 후방 분사류의 연소 특성은 전방 분사류의 유동 및 연소특성에 크게 영향을 받는 것으로 밝혀졌다. 분사기 사이의 거리가 어떤 특정 거리가 되기 전까지 증가할수록 연소율이 증가하는 것으로 나타났다. 하지만, 그 이후에는 연소율의 증가가 관찰되지 않았으며 오히려 정체압력의 감소가 커져서 전체적인 연소특성은 악화되는 것으로 나타났다. 이는 최적의 연소특성을 위한 두 분사기 사이의 거리가 존재함을 의미하는 것으로 판단된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권6호
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• pp.53-60
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• 2002

단일 분사 노즐을 갖는 연소기 내부의 혼합과정에 대한 이해를 바탕으로 연료 분사 노즐을 이중으로 갖는 연소기의 혼합과정에 대한 수치연구를 수행하였다. 수치연구를 위하여 3차원 Navier-Stokes 방정식과 k-$\omega$ SST난류 모델을 이용하여 연료 이중 분사 유동을 모사하였다. 이중 분사구 사이의 거리 변화에 따른 혼합특성의 변화를 살펴보기 위하여 파라메터 연구를 수행하였다. 연료 이중 수직분사에서 두 분사기의 유동 및 혼합특성은 서로 상당히 다른 경향을 보이며, 후방 분사기의 유동 및 혼합특성은 전방 분사류의 영향을 받아 더 크게 팽창하고 침투거리가 증가하는 것으로 나타났다. 어떤 특정 거리가 되기 전까지 분사기 사이의 거리가 증가할수록 전체적인 혼합률과 침투거리가 증가하는 등 혼합특성이 개선되지만, 특정 거리보다 크게되면 오히려 혼합특성이 악화되는 것으로 나타났다. 이는 이중분사기에서 최적인 혼합특성을 위한 두 분사기 사이의 거리가 존재함을 의미하는 것으로 판단된다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권4호
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• pp.81-89
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• 2018

본 연구에서는 초음속 유동장 내 연료 분사시 연소기의 공간적인 제한 조건을 고려하여 복수의 분사기간 배치 간격을 변화시키고 그에 따른 유동 구조, 연료의 침투 거리 및 연료-공기의 혼합 특성을 비교 분석하였다. 이를 위하여 널리 알려진 단일 분사구를 이용한 실험 조건을 모사하여 적용된 수치 모델을 검토하였으며, 동일한 분사 조건을 갖는 복수의 분사기를 이용하여 비반응 유동 해석을 수행하였다. 해석 결과를 바탕으로 분사구 간 거리에 따라 전압력 손실, 침투 거리, 및 혼합 성능 등을 정량적으로 비교하였다. 해석 결과 분사구 간 배치 거리가 매우 짧은 경우 분사 연료가 서로 융합되면서 유동장이 2차원 특성을 나타내었고 전반적으로 낮은 혼합 효율 특성과 높은 전압력 손실을 발생하였다. 분사구 간 거리가 멀어짐에 따라 분사 가스간의 상호작용이 감소하면서 혼합 효율이 증가하고 전압력 손실이 낮아지는 것이 관찰되었다.

• 기계저널
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• 제56권9호
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• pp.38-43
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• 2016

초임계 난류유동이 활용되고 있는 가장 대표적인 시스템은 액체로켓연소기이다. 액체로켓엔진은 목적하는 임무에 따라 추력이 결정되고 엔진의 추력이 결정된다. 이러한 추력을 결정하는 핵심부품이 분사기(injector)이다. 실용 인공위성을 발사하기 위한 액체로켓엔진의 연소기는 수백 개의 분사기를 통해 연료와 산화제가 혼합되는 구조를 가지고 있다. 따라서 로켓연소기의 연소특성 및 성능은 분사기의 혼합특성에 좌우된다. 그러므로 단일 분사기의 연료/산화제 혼합특성에 대한 많은 실험과 해석연구가 진행되고 있다. 그런데 초임계압력에서는 액체의 표면장력이 사라지게 되어 독특한 혼합특성을 가지고 있기 때문에 성능을 높여주기 위하여 초임계 압력을 선택할 경우 분사기에 대한 연구가 선행되어야 한다. 이 글에서는 이러한 초임계 작동압력에서 분사기에 대한 연구들을 소개하고자 한다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권9호
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• pp.911-917
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• 2015

본 논문에서는 함정용 디젤연료를 단기통 커먼레일 디젤엔진에 적용하여 연료분사압력 변화에 따른 분사율 특성, 거시적 분무 특성 및 연료분사시기와 연료압력변화에 따른 연소 및 배기가스 배출특성을 분석하는데 초점을 두었다. 분사율 특성은 Bosch법을 적용한 분사율 측정 시험 장치를 이용하여 분석하였고, 거시적 분무 특성은 정적용기 및 초고속 카메라를 이용하여 분석하였다. 또한, 연료분사시기 및 연료압력 변화를 정밀하게 제어할 수 있는 단기통 엔진을 이용하여 연소 및 배기가스 배출특성을 분석하였다. 30MPa과 50MPa의 분사조건에서 초기 분사율은 50MPa의 분사조건에서 크게 나타났으며, 분무 발달(투과) 또한 동일시간대에서 큰 것으로 분석되었다. 연료분사시기가 지각될수록 실린더 내부 최대 압력과 최대 열발생량은 떨어지는 경향으로 나타났으며, 고압분사조건에서 실린더 내부 최대압력과 최대 열발생량은 다소 큰 것으로 분석되었다. 고압분사조건에서 도시평균유효압력은 낮은 것으로 분석되었고, 연료분사시기가 TDC 쪽으로 지각될수록 도시평균유효압력 및 토크는 증가하는 것으로 나타났다. 연료분사시기가 $BTDC20^{\circ}$(30MPa)와 $BTDC15^{\circ}$(50MPa)에서 질소산화물 발생수준이 가장 높았으며, 일산화탄소는 $BTDC30^{\circ}$를 기준으로 지각될수록 저감되었다.

• 한국음향학회지
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• 제40권1호
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• pp.38-45
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• 2021

본 연구는 함정 추진기에 적용되고 있는 공기분사에 의한 수중방사소음 저감기술에 대한 연구기반을 마련하고자 캐비테이션 터널에서 단순화된 모형을 이용하여 공기분사에 의한 캐비테이션과 소음의 변화에 대하여 연구하였다. 추진기 날개와 유사한 특성을 나타내는 3차원 타원형 수중익에 공기분사 위치와 분사량을 조절할 수 있는 공기분사시스템을 제작하였으며 캐비테이션 터널 시험조건을 조절하여 수중익에 다양한 형태의 캐비테이션을 모사하고 공기분사에 따른 캐비테이션과 소음특성의 변화를 실험적으로 분석하였다. 공기분사 위치 및 분사량에 따라 캐비테이션 및 소음특성이 달라짐을 확인하였다. 이는 추진기에 공기분사 기술을 적용하기 위해서는 캐비테이션의 발생위치, 거동에 따른 공기 분사위치 및 분사량의 최적화가 필요함을 의미한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.949-952
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• 2017

본 논문에서는 충돌형 분사기를 이용하여 수직분사 실험을 진행하였으며, 기존의 단공 오리피스의 분사기와 비교하여 분무특성에 어떠한 변화가 있는지 실험적으로 연구하였다. 또한 동일 오리피스 길이 대 직경비(L/d = 5)를 갖는 분사기를 바탕으로 충돌각(60, 90, 120)의 변화에 따른 액체 분무특성을 파악하였다. Top view의 기준 방향으로 y 방향에서의 분열길이 결과를 보면, 충돌각이 증가할수록 분열길이가 전체적으로 감소함을 알 수 있었다. 반면에 충돌형 분사기를 side view 기준으로 보았을 때, x 방향에서의 분열길이는 이전 단공노즐에서의 분열길이보다 더욱 감소하였으며, 이는 단공노즐의 분사기보다 충돌형 분사기의 미립화 성능이 우수함을 의미한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제11회 학술강연회논문집
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• pp.6-6
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• 1998

항공기용 가스터빈 및 일반적인 산업용 분무시스템에서는 많은 양의 분사액체를 미립화 시키고 시스템의 연속적인 운전과 유지를 편리하게 하기 위하여 여러 개의 분사노즐을 열로 설치하여 동시에 분사하도록 하고 있다. 이렇게 동시에 분사할 경우, 노즐간에 거리가 충분히 크지 않으면 개별적으로 분사된 분무들이 서로 합해져서 하나의 연합된 분무군이 형성된다. 이렇게 Two element에 의해서 형성된 spray는 공급압력이 증가함에 따라 관성력이 증가하게 되어 중심부분에서 액막 혹은 액적상태로서 충돌이 발생하여 복잡한 분무특성을 가질 것이다. 따라서, 연합된 분무군의 특성을 이해하는 것은 응용의 측면에서 매우 중요하다고 할 수 있다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1999년도 제13회 학술강연논문집
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• pp.2-2
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• 1999

본 연구에서는 액체 로켓용 추진제 분사기로 많이 활용되는 충돌형 분사기중에서 2중 충돌(F-O-O-F)형 분사기에 대한 미립화 특성을 파악하였다. 액적의 크기를 측정하기 위하여 위상/도플러 입자분석기를 사용하였으며, 모의 추진제로 물을 사용하였다. 모의 추진제의 운동량비와 압력 강하량 변화에 따른 2중 충돌(F-O-O-F)형 분사기의 미립화 특성과 크기분포에 대하여 고찰하였다. 분사기 면으로부터 100mm 떨어진 단면에서 산화제/연료의 운동량비가 MR=1.19에서 MR=6.48까지 증가함에 따라 액적크기(SMD)는 감소하였으며, 액적크기(SMD)가 운동량비(MR)에 대하여 SMD= 193.480+15.687MR-5.036M$R^2$+0.415MR$^3$와 같은 관계식에 근사되었다 또한, 연료와 산화제의 압력강하량이 증가할수록 액적크기(SMD)가 감소하였다. 충돌 분무유동장의 액적크기 분포는 Rosin-Rammler 분포함수와 Upper-limit분포함수 모두에 대하여 잘 일치하고 있다. 본 연구의 결과는 액체 로켓용 충돌형 분사기의 초기 설계단계에서 유용하게 사용될 수 있을 것이다.