• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권5호
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• pp.26-32
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• 2020

본 연구에서는 액체로켓 연소기의 연소 불안정 모사를 위해 극저온 유체인 액체질소를 공급하는 설비를 구축하였다. 가압 및 공급 성능을 예측하였으며 실험을 통하여 검증하였다. 액체질소 공급 시스템은 가압식 공급 시스템으로 구성하였으며, 가압제 압력 조정은 돔 레귤레이터를 사용하였다. 액체질소 공급 유량 제어는 캐비테이션 벤추리를 사용하였으며, 액체 질소 공급 조건은 초당 유량 2.55 kg/s, 벤추리 입구 압력은 100 bar 이상이다. 초기 실험 결과 예측된 가압제의 양이 충분히 공급되지 못하여, 탱크압력 강하가 발생해 목표 유량을 공급하지 못하였다. 구축된 설비의 변경 및 보완을 통하여, 최종적으로 목표 유량 공급에 성공하여 극저온 액체질소 공급 설비를 검증하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.259-265
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• 2005

초음파법를 이용하여 고체추진제 연소속도를 측정하기 위해 특별한 연소챔버와 초음파-압력측정시스템을 설계하고 제작하였다. 그리고 추진제에 대한 가압실험과 연소실험 중에 이 시스템을 이용해 초음파와 압력신호를 획득했다. 획득한 신호를 바탕으로 압력에 따른 연소속도를 측정할 수 있는 연소속도 해석프로그램을 개발하였다. 연소속도 측정프로그램은 압력에 따른 추진제의 음속의 변화를 보정한 것과 추진제와 고체커플런트의 음속변화를 보정한 것 두가지 알고리즘을 이용하였다. 그리고 각 알고리즘에 대한 연소속도 측정정밀도가 스트랜드버너법으로 측정된 연소속도와 비교하여 계산되었다.

• 한국추진공학회지
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• 제10권4호
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• pp.61-68
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• 2006

초음파법을 이용한 고체추진제 연소속도를 측정하기 위해 특별한 연소챔버와 초음파-압력측정시스템을 설계, 제작하였다. 그리고 추진제에 대한 가압실험과 연소실험 중에 이 시스템을 이용해 초음파와 압력신호를 획득했다. 획득한 신호를 바탕으로 압력에 따른 연소속도를 측정할 수 있는 연소속도해석프로그램을 개발하였다. 연소속도 측정프로그램은 압력에 따른 추진제의 음속의 변화를 보정한 것과 추진제와 고체커플런트의 음속변화를 보정한 것 두 가지 알고리즘을 이용하였다. 그리고 각 알고리즘에 대한 연소속도 측정정밀도가 스트랜드버너법으로 측정된 연소속도와 비교하여 계산되었다.

• 한국추진공학회지
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• 제17권2호
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• pp.39-45
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• 2013

추진제를 고에너지 금속 분말 연소시스템에 점화원으로 적용을 위한 기초 연구로서 strand burner를 이용하여 HTPB/AP/Al, HTPE/AP/Al 추진제의 연소특성을 고찰하였다. 실험은 아르곤을 사용하여 ~300 psia 까지 가압하였으며, 2개의 석영창을 이용하여 가시화하였다. 추진제 점화를 위해서 10 W의 $CO_2$ 레이저를 사용하였으며, 연소 속도 측정은 초고속 카메라를 활용한 프레임 분석 기법 및 광다이오드를 이용한 연소시간 분석 기법을 적용하였다. 스펙트로메터를 이용하여 300 nm ~ 800 nm, 1500 nm ~ 5000 nm 의 방출 스펙트럼을 분석하여 추진제 연소반응 시 발생하는 화학종을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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• pp.397-400
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• 2008

기존의 자연점화특성을 지니는 추진제는 성능이 높은 대신 독성이 있으며 다루기 어렵고, 환경에 유해한 단점을 지닌다. 이에 따른 대안으로 과산화수소의 촉매분해 후에 발생되는 고온의 산소와 수증기를 이용한 자연점화 방식이 있다. 이 논문에서는 자연점화 방식의 과산화수소/케로신 추력기를 설계하기 위한 기초연구를 수행하기 위해 자연점화특성을 연구하였다. 추력기의 형상변수로 노즐 목의 면적을 달리하여 연소챔버와의 단면적 비인 수축비를 달리하였으며, flame holder의 유 무, 과산화수소와 케로신의 가압압력에 따른 점화특성 및 연소안정성을 관찰하였다. 그 결과, 대부분의 경우에 자연점화를 관찰할 수 있었으나, 가압압력의 조건에 따라 연소 안정성에는 큰 변화가 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제9권3호
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• pp.49-56
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• 2004

A heated and expanded helium is used to pressurize liquid propellants in propellant tanks of propulsion system of liquid propellant launch vehicles. To produce a heated and expanded helium, an hot-gas heat exchanger is used by utilizing heat source from an exhausted gas, which was generated in a gas generator to operate turbine of turbo-pump and dumped out through an exhaust duct of engine. Both experimental and numerical approaches of hot-gas heat exchanger design were conducted in the present study. Experimentally, siliconites - electrical resistance types - were used to simulate the full heat condition instead of an exhausted gas. Cryogenic heat exchangers, which were immersed in a liquid nitrogen pool, were used to feed cryogenic gaseous helium in a hot-gas heat exchanger. Numerical simulation was made using commercially utilized solver - Fluent V.6.0 - to validate experimental results. Helically coiled stainless steel pipe and stainless steel exhausted duct were consisted of tetrahedron unstructured mesh. Helium was a working fluid Inside helical heat coil and regarded as an ideal gas. Realizable k-』 turbulent modeling was adopted to take turbulent mixing effects in consideration. Comparisons between experimental results and numerical solutions are Presented. It is observed that a resulted hot-gas heat exchanger design is reliable based on the comparison of both results.

• 천문학회보
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• 제37권2호
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• pp.151.2-151.2
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• 2012

터보펌프 구동에 사용된 가스발생기 생성가스를 연소기로 공급하여 주추력 발생에 사용하는 다단연소 사이클 로켓엔진은 고추력을 요하는 우주 발사체에 널리 사용되고 있다. 다단연소 사이클 로켓엔진에 사용되는 가스발생기를 예연소기라 부르며 케로신과 액체산소를 추진제로 하는 다단연소 사이클 로켓엔진에는 산화제 과잉 예연소기가 사용된다. 예연소기는 터보펌프 구동을 목적으로 하기 때문에 예연소기 생성가스의 횡단면 온도분포는 터빈에 의해 제한되는 온도범위 내에서 균일하여야 하며 넓은 운전영역에서 안정적인 연소가 이루어져야 한다. 산화제 과잉 예연소기는 모든 추진제가 혼합헤드를 통해 분사되는 방식과 추진제를 혼합헤드와 연소실로 나누어 공급하는 방식이 있다. 기술검증을 위해 산화제 일부와 연료를 혼합헤드를 통해 연소실에 공급하여 1차 연소시키고 나머지 산화제를 연소실 냉각채널을 거쳐 연소실 중앙의 분사공을 통해 연소실로 주입하여 기화시키는 형태로 최종적으로 연소압 20MPa, 혼합비 60에서 작동하는 산화제 과잉 예연소기를 설계하여 연소시험을 수행하였다. 혼합헤드에는 별도의 점화용 분사기 없이 전체 연료 분사기를 통해 점화용 연료인 TEA/TEB 혼합물을 분사하여 점화하였다. 추진제를 2단으로 공급할 수 있도록 고안된 가압식 연소시험 설비에서 10회, 누적 60초 이상의 연소시험이 성공적으로 수행되었다. 연소시험결과 넓은 작동영역에서 안정적 연소특성과 생성가스 온도 분포의 균일성을 확인할 수 있었다. 고온 고압의 산화제 과잉 예연소기 기술 확보를 통해 케로신/액체산소 다단연소 사이클 로켓엔진 개발을 위한 기술적 기반을 마련하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 제33회 추계학술대회논문집
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• pp.313-317
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• 2009

액체추진제로켓엔진의 추진제 공급유로 내 압력보정을 목적으로 설치된 오리피스는 엔진의 시동 및 정지시, 압력파를 발생시키는 원인이 되며 압력파로 인한 저주파 불안정을 막기 위해서는 오리피스의 개도에 따른 동특성의 변화를 살펴볼 필요가 있다. 오리피스의 동특성 변화를 확인하기 위해 오리피스 공급 압력을 급격하게 증가하도록 하였고 오리피스의 개도를 바꿔가며 동적인 압력변화를 측정하였다. 오리피스의 개도가 증가함에 따라 오리피스에 의한 수격현상은 감소하였으며 오리피스 하류의 수력학적 영향이 지배적으로 나타나는 것을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제9권1호
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• pp.53-60
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• 2005

소형위성 발사체 추진제 공급계 배관의 구부러짐으로 인하여 배관내부의 추진제 유동은 불균일하며 이는 터보펌프 전단의 블레이드의 파괴 및 후단의 가압된 추진제의 불안정성을 야기시킨다. 따라서 추진제의 효율적인 공급을 위하여 vane이 장착된 곡관 배관이 필요하며 내부에서의 유동장을 수치해석으로 규명하여 그 문제점을 해결할 수 있는 지 연구하였다. 따라서, 본 연구에서는 각각 90도와 45도로 구부러진 3인치 산화제 배관과 2.5인치 연료 배관의 구부러진 부분에는 $0\sim3$개의 vane을 등 간격으로 설치하였다. 3차원 Navier-Stokes 방정식을 풀기 위하여 상용코드를 이용하였으며, 곡관 배관 설계를 평가하기 위하여 각 90, 45도의 vane이 설치되지 않은 곡관과 $1\sim3$개의 vane이 장착된 곡관을 비교하였다. vane의 개수에 의한 배관 설계의 영향을 알아보기 위하여 90, 45도의 곡관에 vane이 0, 1, 2, 3개가 등 간격으로 장착이 되었을 때의 결과를 비교하였다. 배관내의 유동 균일성과 차압을 알기 위하여 속도크기와 압력분포를 계산하였다. vane이 많을수록 곡관의 각도가 클수록 곡관을 지난 유동은 더 균일해졌으나 배관 차압은 더 증가하였다.

• 항공우주기술
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• 제1권2호
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• pp.123-131
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• 2002

본 논문에서는 KSR-III 주 엔진 연소시험설비를 활용한 수류시험 및 연소시험 과정에서 극저온 추진제인 액체산소의 냉각단계, 충진단계, 연소시험 공급 단계에서 액체산소의 상태량을 시험설비의 각 위치에서 분석함으로써 향후 안정된 공급을 위한 설비 및 운용조건을 선정하는데 주안점을 두었다. 이를 위해 각 단계에서 기체와 극저온 추진제의 상호 작용이 발생하는 가압탱크에서의 가압기체 및 액체산소의 상태량을 파악하였으며, 연소시험시 엔진 메니폴드에서의 액체산소의 상태량을 분석하였다. 또한 냉각 및 충진시에 대기압 vent에 액체산소의 거동을 파악함으로서 냉각을 효율적으로 할 수 있는 방안을 분석하였다. 또한 산소 공급 설비와 로켓엔진 매니폴드에 정압센서와 동압센서를 장착하여 1KHz의 sampling rate로 측정하였다. 오리피스 사이즈는 지름 32.5mm 38mm, 가압 압력 23Bar, 29Bar, 41Bar에 대해 시험을 수행하였다. 오리피스 사이즈를 증가시키고 가압 압력을 낮춘 결과 엔진 내에 공급되는 액체산소의 섭동량이 감소하는 것이 관찰되었다.