• 한국항공우주학회지
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• 제32권3호
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• pp.102-110
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• 2004

재생냉각 설계 프로그램을 개발하였으며 CFD 해석과 RTE 코드를 사용하여 결과를 검증하였다. 본 코드는 재생냉각 성능과 연소실 벽의 응력 예측을 주요 기능으로 하며 연소가스와 냉각유체의 열전달은 경험식을 사용하고 립의 핀효과는 이론 관계식을 이용하였다. 연소실 벽의 온도는 RTE 코드를 사용한 결과와 비교하여 최대 약 100 K 차이를 보였으며 열유속과 연소가스의 열전달 계수는 10 % 미만의 차이를 보였다. 벽온도의 차이는 핀효과의 과소평가에 기인한 것으로 판단된다.

• 한국추진공학회지
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• 제2권3호
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• pp.54-61
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• 1998

재생냉각방식을 사용하는 액체추진제 로켓엔진의 열 전달과정이 전산모사 되었다. 연소가스로부터 연소실 벽으로 전달되는 열 전달과정은 가스측 열 전달이라 한다. 이 열은 그을음과 연소실 금속벽을 통해 반경방향으로 전도되어 냉각제로 전달된다. 최종적으로, 이 열은 연소실 벽에 있는 통로를 따라 흐르는 냉각제에 대류전달된다. 본 연구에서는 위의 3가지 열전달량이 같은 크기임에 착안하여 냉각제측 벽 온도, 가스측 벽 온도, 열전달량을 결정한다. 냉각제 유동통로갯수 및 형상(높이, 폭), 연소실 및 노즐 외부형상(크기), 산화제 및 연료 물성치, 냉각제 물성치, 산화제/연료 혼합비, 냉각제 주입온도, 연소실 및 노즐 벽면 상에 연소시 생기는 그을음 두께가 주어지면 연소실 축방향에 따른 반경방향 온도분포 및 열 전달 량의 합리적인 수치 결과가 얻어진다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2004년도 제22회 춘계학술대회논문집
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• pp.198-204
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• 2004

액화천연가스를 연료로 사용하여 물 냉각 및 천연가스와 액화천연가스 재생냉각 연소시험을 수행하였다. 연소시험과 CEC86을 이용한 연소해석 결과를 액체로켓엔진 성능인자로서, 특성속도와 비추력 관점에서, 추진제 혼합비와 연료의 연소실 유입온도의 영향을 분석하였으며, 엔진성능이 추진제 혼합비와 연료의 연소실 유입온도의 영향을 크게 받고 있음을 알 수 있었다. 엔진 성능으로서 특성속도는 추진제 혼합비가 0.72∼0.75일 때, 이론적 비추력은 추진제 혼합비가 0.75일 때 최대 값을 보여주었으며, 연료의 연소실 유입온도의 증가에 비례하여 엔진 성능이 향상되는 경향에서 재생냉각이 엔진 성능을 증대시키는 경향을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
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• pp.100-109
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• 2006

구리합금을 연소실 내벽으로 사용하고 탄화수소계 연료를 추진제로 사용하는 재생냉각 연소기에서 냉각채널 벽면온도가 상승함에 따라 냉각채널에 반응물이 침착되는 코킹현상이 일어난다. 이러한 현상은 냉각채널을 흐르는 연료에 의한 냉각효과를 감소시키게 되고, 높은 열유속으로 운영되는 연소기 내부벽면을 과열시켜 손상에 이르게 한다. 본 논문에서는 구성된 전기가열장치에 대해 소개하고 연소실 재질로 사용되고 있는 구리합금과 추진제로 사용되는 탄화수소계 연료 Jet A-1에 대해 가열시험 결과를 제시한다. 시험결과에 따라 각 조건에서의 구리합금과 Jet A-1의 적합성을 평가하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제7권4호
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• pp.46-52
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• 2003

액체추진로켓엔진에서는 고온, 고압의 연소가스로부터 엔진을 보호하기 위하여 재생 냉각을 많이 사용한다. 이 재생 냉각의 유동장 해석과 열전달을 수치해석하였다. 형상은 연소실, 노즐 및 냉각 채널 모두를 2차원 축대칭으로 가정하였다. 연소실 및 노즐의 유동장은 압축성 유동장 해석을 통하여 구하였고, 냉각 채널은 고체 열전달로부터 구하였다. 유동장과 온도장은 모두 정상상태로 가정하였다. 노즐에서 구한 열유속은 냉각채널 벽면에서의 온도 분포를 구하기 위해 사용하였다. 결과로는 냉각 채널 벽면에서의 온도 변화와 냉각제의 온도 변화를 구하였다. 냉각 채널의 형상 변화와 냉각제의 유량 변화에 따른 냉각 채널 벽면에서의 온도변화를 조사하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제7권3호
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• pp.8-14
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• 2003

KSR-III 축소형 엔진을 원형으로 하는 8채널형 칼로리미터의 냉각성능해석을 수행하였다. 축대칭 압축성 해석을 통해서 연소실 벽으로의 열유속을 예측하였으며 이를 이용하여 3차원 냉각유로 내부의 열전달 해석을 수행하였다. 연소실 벽으로의 열유속은 문헌에서 제시하는 수준으로 확인되었으며 열전달 해석을 통하여 칼로리미터 개발과 운용에 필요한 냉각수의 압력강하, 온도상승 및 연소실벽의 최고온도를 제시하였다. 연소실 압력증가에 따른 냉각요구량을 결정하였으며 냉각수의 물성변화에 의한 냉각성능 변화를 예측하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제5권2호
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• pp.1-7
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• 2001

매우 높은 연소가스로부터 연소실을 보호하기 위하여 액체로켓에서는 재생냉각방법을 폭넓게 이용하고 있다. 재생냉각을 통한 로켓엔진의 냉각을 매우 효과적인 방법이지만, 이를 개발하기 위해서는 정확한 해석과정, 제작기술 등이 필요하다. 한다. 실제 소형 로켓엔진에 재생냉각을 이용한 엔진 냉각의 가능성을 확인하기 위하여 설계, 제작된 로켓으로 연소실험을 진행하였다. 실험에 사용한 연소실은 coolant passage 3 mm, 벽 두께 1 mm, stainless 304로 제작하였다. 최대연소압과 연소시간은 각각 400 psi와 60 sec이고, coolant 유량은 2 kg/s에서 0.12 kg/s까지 감소시키면서 실험하였다. 연소시험후 육안으로 검사한 결과 연소실에서 특별한 이상은 발견되지 않았다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.636-640
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• 2011

막냉각은 재생냉각채널을 통과하는 추진제의 일부를 연소실 벽면으로 선회 분사하여 연료 과잉 혼합층을 형성함으로서, 벽면 열유속을 감소시키는 효과적인 냉각 방식이다. 본 연구에서는 초임계 압력 조건하에서 분사되는 케로신 막냉각이 재생냉각 연소기 내부의 연소와 냉각 특성에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 해석모델을 개발하였으며, 실제 연소기 시제품에 대한 연소시험 결과와 비교하였다. 지속적인 모델의 개선을 통해 향후 냉각설계안에 따른 성능, 냉각, 압력손실, 그리고 무게 등과 같은 상반된 요구조건을 종합적으로 비교/분석하는 설계도구로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2000년도 제14회 학술강연논문집
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• pp.36-36
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• 2000

액체로켓엔진에 사용되는 2000psi이상의 고압 연소실(Combustion Chamber)의 냉각은 내피(Inner Shell)에 기계 가공된 냉각통로(Cooling Channel)로 냉각제를 흘려보내는 재생냉각방식이 널리 사용되며 기계 가공된 냉각 통로는 외피(Outer Shell)에 의해서 지지 밀봉된다. 일반적으로 내피 재료는 순수한 구리보다 강도가 우수하고 열전도도는 유사한 구리합금을 사용하고, 외피는 강도가 우수한 스테인레스 강을 사용하여 브레이징 접합된 구조를 형성한다. 브레이징 공정은 조립품을 약 $450^{\cire}C$ 이상의 액상선을 갖는 삽입금속(Filler Metal)을 사용하여 적당한 온도($450^{\cire}C$ ~ 모재의 고상선)에서 가열하여 접합시키는 방법으로, 용융 금속의 젖음 현상(Wetting Phenomena), 접합 틈새(Joint Clearance)로의 용융 삽입금속의 유입(Capillary Phenomena)과 접합 계면의 반응을 통해서 접합이 이루어진다. 이는 일반적인 접합 공정과 비교하여 모재의 변형이 적고, 이종 금속 간의 접합이 용이하며, 복잡한 부품을 정밀하게 접합할 수 있는 장점이 있으나, 접합될 제품의 표면 상태 및 분위기(Atmosphere), 접합될 부품간의 조립 틈새, 가열 싸이클(Heating Cycle) 등에 대한 공정 확립 및 관리가 매우 중요하다. 재생냉각 구조를 갖는 연소실은 우선 접합면의 형상이 매우 복잡하여 균일한 접합 틈새를 유지하면서 접합시키기가 매우 어려우며, 고온, 고압의 환경에서 작동하므로 일부 접합면이 접합되지 않을 경우 내피의 변형 및 파괴가 발생하고, 브레이징 시 용융된 삽입금속이 냉각통로 내로 유입될 경우 연소 시 이부근에서 재료의 용융이 발생될 수 있다. 따라서, 이러한 현상을 방지하기 위해서는 진공 분위기 하에서 적절한 접합 틈새를 유지할 수 있는 공정 및 장비의 개발이 필요하다.

• 기계저널
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• 제56권9호
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• pp.49-53
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• 2016

액체로켓엔진은 연소실의 온도가 약 3,600K로서 냉각시스템은 필수적이다. 지금까지 대표적으로 사용되어온 냉각방법은 재생냉각과 막냉각으로 아임계압력에서 다양한 실험연구에 의해서 설계가 진행되어 왔다. 아임계압력에서 얻어진 유동구조 이해 및 설계경험식은 초임계 압력에서는 물성치가 급격히 변하기 때문에 재정립될 필요가 있다. 특히 열전달 성능을 좌우하는 난류유동구조가 크게 바뀌기 때문에 초임계 유체에 대한 난류유동 및 열전달연구가 진행될 필요가 있다. 이 글에서는 초임계 압력조건에서 난류열전달 연구동향을 소개하고자 한다.