Lumped parameter model에 오리피스의 이론식을 결합하여 강내탄도의 점화기 해석 모델을 개발하였다. 이 개발된 점화기 해석 모델을 이용하여 점화기 형상인 길이, 직경, 주입구 분포에 따른 강내탄도의 특성을 분석하였다. 포미와 초기탄저의 압력차의 결과로서 점화기 길이는 저주파 진동에 영향을 미치는 것으로 나타났고, 점화제 주입구 직경과 주입구 분포는 고주파 진동에 영향을 주는것으로 나타났다.
한국어 CVC 음절의 하위 단위는 초성자음과 모음을 포함하는 음절체(body)와 종성자음(coda)으로 이루어져 있고, 영어 음절은 초성(onset)과, 모음과 종성자음을 포함하는 각운(rime)으로 이루어져 있다고 한다. 본 연구에서는 한국인이 영어의 음절을 한국어 음절 정보처리 방법으로 정보처리 하는지를 알아보고자 하였다 실험 조건으로는 음절체 일치 조건(예, 각-감, cap-cat), 각운 일치 조건(예, 남감, pat-cat), 그리고 두 자음 일치 통제조건(예, 김-감, cut-cat)과 무관련 통제 조건(예, ***-감, ***-cat)이 사용되었다. 실험 과제로는 점화 어휘판단 과제(primed lexical decision task)를 수행하였다. 만약 음절체 일치 조건에서의 점화효과가 각운 일치 조건에서의 점화효과보다 크다면 한국인의 음절분절 단위가 음절체-종성(body-coda) 구조일 것으로 예상할 수 있고 각운 조건에서의 점화효과가 더 크다면 그 단위가 초성-각운(onset-rime)구조일 것으로 예상할 수 있다. 실험 결과, 한국어 음절의 경우 각운 일치 조건의 점화 효과가 음절체 일치 조건의 점화 효과보다 크게 나타나 음절체-종성 구조로의 하위 단위 분석을 지지했다. 그러나 영어의 경우에는 각운 일치 조건의 점화 효과가 음절체 일치 조건의 점화 효과보다 크게 나타나 초성-각운 구조로의 분석을 지지하였다. 따라서 한국인이 시각 단어를 재인할 때에는 언어 특정적인 분석을 수행한다는 결과를 얻었다.
Lumped parameter model에 오리피스의 이론식을 결합하여 강내탄도의 점화기 해석 모델을 개발하였다. 이 개발된 점화기 해석 모델을 이용하여 점화기 형상인 길이, 직경, 주입구 분포에 따른 강내탄도의 특성을 분석하였다. 포미와 초기탄저의 압력차의 결과로서 점화기 길이는 저주기 진동에 영향을 미치는 것으로 나타났고, 점화제 주입구 직경과 주입구 분포는 고주기 진동에 영향을 주는 것으로 나타났다.
산소 및 공기와 반응시 크랙된 JP-7 연료의 점화 특성에 관한 연구를 넓은 범위의 압력(1-20atm)과 온도(1200-2000K), 당량비(0.5-1.5)에 대해서 수행하였다. Chemkin-II Package와 최소 자승법을 이용하여 $\tau=Aexp(E/RT)[F]^{a}[O_2]^{b}$형태로 점화 지연시간을 계산하고 각 변수 사이의 상호관계를 검증하였다. 크랙된 JP-7 연료에서 $C_3$ 탄화수소 계열 성분의 영향을 두 가지 다른 크랙된 JP-7연료의 조성에 대하여 점화지연 시간을 비교하였으며, 액체 JP-7 연료의 점화 지연 시간과도 비교하여 보았다.
가스터빈 연소기의 화염 특성을 알기 위하여 분할 연소기 시험을 수행하였다. 점화시험은 여러 가지 연소기 유입 공기속도와 공기과잉율에 따라 토치 점화장치를 이용하여 수행되었다. 또한, 연료를 충분히 공급한 상태에서 점화를 수행한 후 점차 연료량을 감소시켜가며 희박연소한계를 측정 하였다. 실험 결과, 공기과잉율 6에서 안정한 점화를 보였고 이 값은 연소기 공기 유입속도에 따라 점점 증가함을 보였다. 최소 실화한계는 연소기 공기 유입속도 40 m/s에서 약 4였고, 이 값 또한 연소기공기유입속도에 따라 약 10 까지 증가함을 보였다.
초음속 유동의 운동에너지가 열에너지로 바뀌는 열음향 공진 현상을 활용하여 액체로켓엔진의 다중 점화를 위한 점화기 구현에 적용할 수 있다. 본 논문은 이와 같은 열음향 공진 현상의 기본 원리와 이론, 현재까지 진행된 주요 연구결과를 본문에 수록하였다. 열음향 공진 현상에 의한 열발생 특성은 초음속 노즐을 통해 분출되는 유동의 특성과 노즐과 공진관의 형상 그리고 에너지를 전달하는 기체의 종류에 의해 영향 받는다. 이와 같은 열음향 공진 현상을 적용한 액체로켓엔진을 위한 다중 점화기를 구성하는데 있어서 향후 연구 개발이 필요한 부분에 대한 논의를 진행하였다.
가스터빈 슬링거 연소기의 연소특성을 연구하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 연소실험을 위한 시험리그를 제작하여 한국항공우주연구원의 연소시험설비에 설치하였다. 점화성능 시험결과 점화한계에 영향을 주는 두개의 중요한 인자를 발견할 수 있었다. 첫 번째는 연료노즐의 회전수이고, 두 번째는 질량유량이다. 좋은 점화성능을 가지기 위해서는 연료노즐의 회전속도와 공기유량을 증가시킴으로서 가능하다. 연소성능 시험결과 연소효율은 99.6%, 패턴 팩터는 15%, 프로파일 팩터는 3%로 측정 되었다. 연구결과 슬링거 연소기의 점화와 연소특성은 기존의 환형 연소기에 비하여 상당한 차이점을 가지고 있음을 알 수 있었다.
파이로젠 형 점화기를 KSLV-I 킥모터 시스템 요구 조건을 만족하도록 설계하였다. 비행모델 제작에 앞서 신뢰성을 확보하기 위해 구조시험, 환경시험, 연소시험을 수행하였다. 점화기 구성품들의 구조적 강도를 확인하기 위해 수압 시험을 수행하였다. 극심한 환경 조건에서 점화기가 정상적으로 작동하는 지를 확인하기 위해 충격 및 진동 시험을 고려하였다. 그리고 초기 조건의 변화에 따른 점화 특성을 이해하기 위해서 연소시험을 수행하였다. 최종적으로 지상 시험을 통해 킥모터 추진제를 점화시키기에 충분한 에너지를 공급할 수 있다는 것을 검증하였다.
액체로켓 엔진에서 작동초기인 연소기 내의 점화를 결정하는 추진제의 공급 순서는 엔진의 안정적인 운영에 필수적이다. 본 논문에서는 KSR-III 주엔진의 점화 순서에 대해 간략히 설명하였고, 점화순서를 결정하는 시험측정인자에 대한 종류 및 측정 신뢰성에 대해 살펴보았다. 점화 cyclogram에서 중요한 추진제의 공급시간을 정확히 결정하기 위해 엔진의 메니폴드 체적과 유량에 관련된 충전시간, 그리고 밸브 개폐시간에 대해 논의하였다. 또한, 점화에 있어 연료나 산화제 공급의 순서를 다르게 하는 경우 점화초기 엔진의 연소 특성에 대해 기술하였다. 측정변수에 의해 결정된 점화 cyclogram으로 연소시험을 수행한 결과에 대해 간략히 기술하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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