• 한국추진공학회지
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• 제22권5호
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• pp.115-124
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• 2018

전북대학교 고온플라즈마응용연구센터에서는 지구 재진입 및 고온재료의 열부하 평가를 위해 0.4 MW 급 아크가열플라즈마 풍동을 이용한 내열재료의 삭마 거동 등을 연구해 오고 있다. 아크가열 플라즈마 풍동은 고엔탈피 플라즈마를 발생시켜 다양한 고열부하의 극한 환경을 만들어 낸다. 이를 위해서는 플라즈마 토치내에 공기유량과 입력전류 등을 조절하여 다양한 열유속을 형성한다. 본 연구는 0.4 MW 아크가열 플라즈마 풍동의 다양한 방전 특성에 대해 조사하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.222.1-222.1
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• 2016

전북대학교 고온플라즈마응용센터에 구축된 0.4 MW 급 분절형 아크 가열 풍동은 초음속 비행과 우주 비행체의 지구 재진입 조건에서의 유사한 환경 모사가 가능하다. 극한상황에서의 고엔탈피 플라즈마 유동은 내열재료의 삭마 거동 연구와 고온재료의 성능평가에 중요한 역할을 수행 할 수 있다. 이러한 고엔탈피 초음속 플라즈마 유동장의 플라즈마 특성 평가 및 진단은 플라즈마와 내열재료의 상호작용 연구에 중요한 변수를 갖는다. 이를 위해 열유속 탐침, 쐐기 탐침, 고속 카메라 및 광분광기 등의 측정장비를 사용하여 열유속, 초음속 플라즈마의 속도, 플라즈마의 방전특성을 관찰하였다. 본 실험에서 사용된 분절형 아크 토치는 마하 3의 속도 유지하기 위해 토치 내부 압력 4 bar, 반응기 압력 40 mbar를 유지하였다. 토치에 공급되는 Ar(5%)+Air(95%)의 방전기체의 유량은 15 g/s 로 토치에 주입 되었다. 또한, 플라즈마 토치에 가해지는 입력전류는 200A ~ 350A로 10MJ/kg 이상의 엔탈피를 갖는 초음속 플라즈마 유동을 형성하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2012년도 제38회 춘계학술대회논문집
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• pp.527-528
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• 2012

플라즈마 유동제어를 통한 공기저항저감을 위해 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마 구동기를 설계하였고, 2D 시험모델의 풍동시험을 통해 항력저감을 측정하였다. 풍속이 없는 경우에는 유동박리 및 표면마찰저항이 존재하지 않으므로 플라즈마 유동제어를 통한 항력저감도 없었다. 2m/s의 풍속에서 유동박리제어를 통해 항력이 9.7%까지 감소됨을 확인하였으며, 풍속이 증가할수록 항력저감은 감소하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.539-539
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• 2012

전북대학교 고온플라즈마 응용연구센터는 교육과학기술부 기초연구사업 중 고가연구장비 구축사업의 일환으로, 고 엔탈피, 초음속 유동 환경을 모사하여, 항공우주, 군사기기, 핵융합 분야 등의 고온 재료 개발을 위한 기초 연구 장치로써, 0.4MW급 플라즈마 풍동 장치를 구축하고 있다. 0.4MW 플라즈마 풍동 장치의 플라즈마 발생부는 DC 전원 공급장치와 디스크 형태의 양극과 음극 사이에 동일 형태의 간극을 삽입한 0.4MW급 분절형 아크 플라즈마 토치로 구성되었으며, 토치에서 발생된 아크 플라즈마는 노즐을 통과하며 마하 2~4의 초음속을 나타내도록 설계 제작되었다. 시험 챔버는 노즐에서 나온 초음속 플라즈마의 특성 및 재료 시험을 위한 3차원 이송식 기판이 장착되어 있으며, 고 엔탈피 유동을 관측하기 위한 광학창을 구비하였다. 시험 챔버 하류에는 유동 안정을 위한 디퓨저(diffuser)가 설치되어 있으며, 디퓨저(diffuser)로부터 배출되는 고온가스는 열교환기를 통해 냉각된 후 진공펌프를 통해 대기로 배출되게 된다. 장치의 압력조절을 위하여 $1,000m^3/min$의 용량의 진공펌프 시스템이 설치될 예정이며 가스공급장치, 냉각수 공급장치, 디퓨져, 열교환기는 1MW급 용량으로 설계 제작되었다. 본 장치는 400kW의 전원 공급, 15 g/s의 공기유량 주입 시 약 13 MJ/kg의 고엔탈피를 가진, mach 2~4의 초음속 유동을 나타내는 것을 특징으로 한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.784-785
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• 2010

전북대학교 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단에서는 MW급 초음속 플라즈마 풍동을 구축하고 있다. 구축되는 장비는 0.4MW/2.4MW급 Huels형 DC 플라즈마 장치 및 60kW/200kW급 RF 플라즈마 장치 등으로 구성되며 이러한 장비를 지원하는 공통지원설비가 별도로 구축되게 된다. 공통지원설비는 플라즈마 풍동을 구동하기 위한 수변전설비 및 가스공급설비, 냉각수공급설비, NOx 제거용 후처리 설비, 예비전원설비 등으로 구성되어 있다.

• 한국추진공학회지
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• 제23권1호
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• pp.61-70
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• 2019

0.4 MW 급 고 엔탈피 초음속 아크 가열 플라즈마 풍동에서 발생된 팽창 유동에 대한 기초연구를 실험적으로 완료하였다. 노즐 출구로부터의 마하 디스크의 직경과 위치는 전체 압력비가 200에서 30까지 측정되었다. 마하 디스크 직경과 위치에 대한 경험적인 상관관계는 실험결과와 매우 일치하는 결과를 얻었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.764-767
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• 2010

전북대학교 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단에서는 MW급 초음속 플라즈마 풍동을 구축하고 있다. 구축되는 장비는 0.4MW/2.4MW급 Huels형 DC 플라즈마 장치 및 60kW/200kW급 RF 플라즈마장치 등으로 구성되며 이러한 장비를 지원하는 공통지원설비가 별도로 구축되게 된다. 공통지원설비는 플라즈마 풍동을 구동하기 위한 수변전설비 및 가스공급설비, 냉각수공급설비, NOx 제거용 후처리 설비, 예비전원설비 등으로 구성되어 있다. 4기의 플라즈마 장치와 공통지원설비를 위한 건축물은 시험동, 연구동, 수변전동, 기체저장동, 냉각탑 기초로 구성되어 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권9호
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• pp.700-707
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• 2013

0.4 MW 급 분절형 아크 히터를 장착한 전북대학교 플라즈마 풍동의 초음속 유동 특성 실험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 실험에 사용된 분절형 아크 히터와 초음속 노즐은 16.3 g/s 의 질량유량에 대해 전극 당 150 A, 전체 300 A의 입력전류 조건으로 운전되었으며, 운전 결과 350 kW의 입력전력과 약 51.4 %의 열효율이 계측되었다. 이 때, 아크 히터 내 고엔탈피 플라즈마의 내부압력은 약 4 bar 로 측정되었으며, 이를 초음속 노즐을 통해 압력 45 mbar로 유지되는 진공쳄버 내로 팽창시킴으로써, 전체 엔탈피 11 MJ/kg을 가진 초음속 플라즈마 유동을 얻을 수 있었다. 전체 엔탈피 측정과 함께, 생성된 초음속 플라즈마 유동에 대해 원뿔각 $30^{\circ}$를 가진 원뿔 탐침을 삽입하여 경사 충격파와 이루는 각을 측정하였으며, 이 측정값들로부터, 발생된 초음속 플라즈마의 온도와 마하 수는 각각 약 2,950 K 및 약 3.7에 이를 것으로 예상되었다.

• 한국추진공학회지
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• 제19권1호
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• pp.25-32
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• 2015

원통 모델에 공기저항저감 효과를 검증하기 위해서 원통형에 적합한 유연성 플라즈마 구동기를 제작하였다. 다양한 풍속에서 플라즈마 유동제어 풍동시험을 수행하였으며, CFD 해석과 유동가시화를 수행하였다. 풍속이 느린 저속 구간에서는 유동박리가 발생하지 않아 플라즈마 유동제어 효과가 없었다. 풍속 14 m/s 에서 14% 정도 항력이 저감되었으며, 풍속이 증가된 17 m/s 의 경우 항력이 27% 저감되었다. CFD 해석과 유동가시화의 비교를 통해 DBD플라즈마 구동기는 원통 주변의 압력차를 감소시켜 와류의 크기가 줄어든 것으로 확인되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.768-774
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• 2010

아크 채널 모델을 이용하여 플라즈마 온도를 매개로 플라즈마 입력전력과 전류 조건에 따른 간극 반지름(L) 및 간극팩 묶음 길이(R) 변수 계산이 가능한 해석해를 유도하고 이를 이용하여 300 A 전류조건에서 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치에 대한 해석적 설계 변수 해석을 수행하였다. 해석 결과, L < 1.25 m, R < 7.5 mm 에 대해, 고정된 R 값에서 L이 길어지거나 반대로 L 값이 일정할 때, R이 작아질수록 플라즈마 온도는 비례하여 증가하는 경향을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 그 이상의 범위에서는 만족하는 플라즈마 온도 해가 없거나 2개 이상 존재하여 주어진 전류 및 전력조건에서 아크 플라즈마의 형성이 불가능하거나 불안정할 것으로 예측되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 입력전류가 300 A 일 때 약 15,000 K의 아크 플라즈마 온도를 안정적으로 구현할 수 있을 것이라 여겨지는 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치의 간극 반지름 R 및 간극팩 묶음 길이 L의 설계범위를 각각 $5.5mm{\leq}R{\leq}7.0mm$, $0.5m{\leq}L{\leq}1.0m$ 범위로 제안하였다.