• 항공우주기술
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• 제1권1호
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• pp.163-172
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• 2002

액체로켓용 터보펌프시스템의 주요한 구성품의 하나로서 고압 터보펌프의 구동에 사용되는 터빈시스템 설계에 대한 연구가 수행되었다. 터빈시스템은 가스발생기에서 발생된 고온/ 고압의 연소가스의 운동에너지를 펌프를 구동시킬 수 있는 기계적 에너지로 전환하는데, 노즐을 통해 연소가스의 운동 에너지를 증가시켜 펌프와 동일 축으로 연결된 동익을 회전시킨다. 액체로켓엔진의 시스템설계의 결과로 주어지는 압력비, 일량, 입구온도, 입구압력 등의 요구조건하에, 이를 만족시키는 터빈 시스템(노즐 및 동익)의 설계연구가 수행되었다. 터빈시스템은 입/ 출구 압력비에 따라서 개방형(Open Type)과 밀폐형(Closed Type)으로 나눌 수 있는데, 개방형의 경우 높은 압력비와 소량의 유량을 필요로 하며 충격형(Impulse Type)의 동익이 사용되며, 낮은 압력비와 다량의 유량을 필요로 하는 밀폐형의 경우 반동형(Reaction Type)의 동익이 사용된다. 시스템의 단순화 및 효율화를 위해서 본 연구에서는 개방형 터빈시스템이 채택되었으며, 특히 개방형 터빈의 특징인 소량의 유량이 터빈을 구동하므로 효율을 증가시키기 위해서 부분분사노즐(Partial Admission Nozzle)이 채택되었으며, 이의 효율에 미치는 영향이 연구되었다. 공기역학적 이론과 실험에 근거한 이론이 사용되었으며, 차후에 항공우주연구원에서 터빈 상사시험을 통하여 본 연구에 적용된 설계를 검증하고자 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제12권6호
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• pp.21-29
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• 2008

본 연구에서는 부분분사에서 작동하는 소형 축류형 터빈에서, 중요한 설계변수인 노즐에서의 출구유동각과 동익에서의 현절비를 변경하였을 때 발생되는 성능변화에 대하여 실험적인 연구를 수행하였다. 성능시험에 사용된 터빈은 단단으로 구성되며 로터의 평균반경은 35mm였다. 실험에서 최적의 설계변수를 찾기 위하여 세 가지의 현절비와 네 가지의 노즐에서의 출구유동각을 적용하였다. 터빈에서의 전체적인 성능평가를 위하여 총비출력으로 비교하였으며, 부분분사율이 3.4%인 경우에 동익에서의 현절비가 2.18일 때 최고의 성능이 얻어졌다. 이 값은 전분사 시에 적용되는 최적의 현절비에 비하여 74%나 증가한 결과이다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.61-65
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• 2011

본 연구에서는 초음속 충동형 터빈의 노즐에서 나타나는 유동의 과소 과대팽창 문제를 최적화 기법을 이용하여 비대칭형상을 포함해 설계함으로써 개선시키고자 하였다. 노즐 형상 설계를 위해 8개의 설계변수를 설정하였으며 목적함수로는 후류 영역 출구까지의 정효율이 최대가 되도록 하였다. 최적화에는 iSIGHT-FD가 사용되었으며 근사최적화를 위한 방법으로는 Radial Basis Function을 이용하였다. 노즐유동의 계산에는 상용 코드인 FLUENT 6.3을 사용하였으며 개선된 노즐의 정효율은 기존 대비 1.35% 증가하였고 손실계수는 19.85% 감소하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제24회 춘계학술대회논문집
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• pp.413-422
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• 2005

본 연구에서는, 먼저 $Fine^{TM}/Turbo$의 신뢰성을 확보하기 위해 초음속 터빈의 실험 결과와 비교 해석하였다. 그 결과 $Fine^{TM}/Turbo$는 초음속 유동 현상을 비교적 정확하게 해석함을 알 수 있었다. 다음으로 Grid Independency Test를 통하여 3차원 터빈의 적합한 격자계를 선정하여. 3차원 초음속 터빈의 노즐-로터 상호작용에 관해 유동해석을 실시하였다. 터빈의 노즐-로터간의 축방향 간격은 점점 커질수록 높은 추력을 나타냈으며, 로터 블레이드의 Chamfering Angle 또한 Blade-Edge가 날카로워 질수록 추력이 증가하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.34-39
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• 2005

본 논문에서는 3차원 초음속 노즐 형상 변수에 따른 부분입사형 터빈의 유동 및 성능 특성을 알아보기 위하여 3차원 노즐 형상 변수를 노즐 모양 및 노즐 출구 단면 형상으로 설정하여 전산해석을 실시하였다. 먼저 노즐 모양에 따른 유동 및 성능 특성을 비교해 본 결과, 사각형 노즐이 원형 노즐보다 축방향 간극내에서 발생하는 전압력 손실이 적었으며, 이로 인하여 파워가 약 1.5% 증가하였다. 다음으로 사각형 노즐출구단면의 면적에 따른 유동 및 성능 특성을 비교해 본 결과, 노즐 출구 단면과 로터의 hub/tip 사이의 간극과 노즐간의 간격이 터빈 성능에 크게 영향을 줌을 확인할 수 있었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권6호
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• pp.757-764
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• 2011

본 연구에서는 폐열회수 발전시스템에 적용가능한 100kW급 구심터빈을 대상으로 베인노즐의 출구각도 변화에 따른 구심터빈의 성능과 내부유동의 영향을 분석하였다. 이를 위해 상용코드를 이용한 3차원 CFD 해석을 수행하였다. 베인노즐 출구각이 커짐에 따라 블레이드 근처 재순환영역은 점차 작아 졌으며, 또한 단면축소효과로 인해 베인노즐 출구끝단 마하수는 1까지 관찰되었다. 본 연구를 통해 분석된 해석결과는 목표출력용 구심터빈의 최적 설계파라미터 구성을 위한 설계자료로 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제4권2호
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• pp.93-99
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• 2016

엔진 성능 혹은 효율의 극대화는 엔진 구성품들을 점점 더 극한의 환경에서 장시간 운용되게 요구하고 있다. 이를 위해 엔진 제작사 혹은 연구소는 초내열합금, 냉각 설계 최적화, 열차폐 코팅 개선 등의 노력과 동시에 재료 모델링, 유한요소해석, 최적설계 등의 수치 해석 기법을 적용하여 좀 더 정교한 설계 및 해석을 수행하고 있다. 본 연구에서는 연소기 뒤에 위치하는 1 단 고압터빈 노즐의 끝벽 냉각 설계와 열차폐 코팅에 따른 일방향 응고 재료인 1 단 고압터빈 블레이드의 저주기 피로 수명에 대한 영향을 고찰하고자 한다. 이를 위해 경계 조건인 고온 및 고압의 연소 가스에 의한 노즐 및 블레이드의 금속 온도는 복합 열 전달 해석을 통해 얻고, 이 결과를 받아 블레이드의 구조 해석 및 저주기 피로수명을 평가하여 노즐 냉각설계와 열차폐 코팅의 영향을 분석하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제19권3호
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• pp.29-38
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• 2015

본 연구에서는 초음속 충동형 터빈의 노즐과 1단 로터 사이 축 간극 거리를 달리하며 3차원 비정상 유동해석을 수행하고 초음속 터빈의 성능 특성을 분석하였다. 계산결과는 기존의 초음속 터빈 효율 경향과 잘 일치하였으며 특정 축 간극 구간에서 효율의 급격한 감소를 보이고 그 이후에는 큰 변화가 없는 구간이 존재함을 확인하였다. 로터 앞전에서 발생하는 충격파의 영향이 노즐 끝단에 전달이 되는 정도에 따라 터빈 내의 여러 성능 특성이 달라짐을 살펴보았고 터빈 스팬 별 손실 특성에서 축 간극이 커질수록 허브 영역에서의 손실이 증가하고 미드스팬 이상의 영역에서 손실이 감소함을 보였다.

• 한국추진공학회지
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• 제8권3호
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• pp.53-60
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• 2004

노즐과 익렬의 상호작용과 부분입사 효과를 연구하기 위해 노즐과 터빈의 익렬을 같이 계산하였고, 충격파의 구조와 유동의 현상을 밝혀내기 위해 많은 계산을 하였다. 지배방정식은 시간에 관해서는 오일러 음해법으로, 공간에 관해서는 유한체적법을 사용하여 2차의 상류차분법으로 이산화하였으며 $\kappa$-$\varepsilon$ 난류 모델을 사용하였다. 본 논문에서는 익렬의 앞전에서 발생한 충격파와 확장파가 노즐 유동에 영향을 주는 것과 익렬내부의 유동이 노즐에서 발생한 충격파의 영향을 받는 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권3호
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• pp.207-214
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• 2015

해양온도차발전용 터빈의 효율과 크기를 파악하기 위해 R134a를 작동유체로 하고 출력 5 kW인 반경류형 터빈의 설계가 수행되었다. 터빈입구온도 $25^{\circ}C$, 출구 정압 4.9 bar, 질량유량 1.16 kg/s 로 설정하고 평균유동해석을 수행하여 터빈의 회전수와 주요 치수를 결정하였다. 이들을 바탕으로, 3 차원 터빈 모델을 구축하였으며, 도출된 터빈회전수 12,820 rpm에 대하여 전산유체역학(CFD) 소프트웨어 ANSYS CFX를 이용하여 볼류트와 노즐을 포함하는 터빈 내부 유동장 특성과 효율이 조사되었다. 80%이상의 터빈 효율이 적정 범위 내의 노즐 안내깃 수(10-15 개)에서 제시되었으며, 가장 높은 터빈 효율은 15 개의 안내 깃에서 나타났다.