• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.50-54
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• 2011

본 연구는 산화제 $N_2O$를 사용하는 하이브리드 로켓 내탄도 설계를 위해 Two-phase 모델을 이용해서 $N_2O$의 2상 유체를 해석하였으며 하이브리드 지상 연소시험을 수행하여 내탄도 해석 결과와 비교 분석하였다. Two-phase 모델은 $N_2O$와 같은 포화 압축성 유체를 적용한 Blow-down 산화제 방식에 적합한 유동 모델로서 Part 1에서 $N_2O$산화제의 배출을 잘 모사함을 확인하였다. 하이브리드 지상연소시험은 연료로 HDPE, 산화제로 $N_2O$를 적용하였으며 평균추력 30 kgf, 산화제 탱크 압력 50 bar로 설계한 연소기를 사용하였다. 내탄도 해석 결과는 지상 연소시험의 추력, 산화제 탱크 및 연소실 압력 결과와 유사함을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제14권1호
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• pp.40-47
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• 2010

본 연구에서는 하이브리드 로켓의 산화제 유량 제어를 통한 추력제어를 위한 기초 연구를 진행하였다. 실험을 위해 하이브리드 로켓 모터와 산화제 유량 조절장치 그리고 데이터 획득을 위한 전체 시스템을 설계, 제작하였다. 산화제 유량 제어를 하기 위해서 니들밸브와 스텝모터를 결합하여 스텝모터의 구동에 의해 니들밸브의 개폐량을 조절할 수 있도록 설계하였고 LabVIEW프로그램을 이용하여 스텝모터를 컨트롤 하였다. 또한 기체산소($GO_2$)와 고체연료(Polyethylene)를 이용한 하이브리드 로켓의 연소실험을 통해 산화제 유량 제어를 통한 하이브리드 로켓의 추력제어 가능성을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권7호
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• pp.593-600
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• 2015

본 논문은 하이브리드 로켓 성능향상을 위하여 가스발생기형과 후방 연소형 개념을 결합한 혼합형 하이브리드 로켓을 제안하고 있다. 특히 고체 추진제를 사용하는 기존의 가스발생기와 달리, 고체연료와 액체/기체 산화제를 적용한 혼합식 가스발생기를 제안하였으며 혼합식 가스발생기의 연료과농 연소특성을 확인하기 위하여 연료 길이, 산화제 유량, 연료 내경 그리고 연료 종류를 변화하며 연소가스 온도 변화를 측정하였다. 그러나 이들 인자 변화에 의한 온도변화가 매우 제한적이므로 또 다른 인자로 $O_2$와 $N_2$를 혼합한 혼합산화제를 사용하였다. 이때 가스발생기의 연소가스 온도의 요구조건은 1600 K이하로 설정하였으며 연소 시험에서 혼합식 가스발생기는 온도조건을 만족하는 연료과농 연소가스가 생성되었음을 확인하였다. 그러나 온도에 따른 검댕의 발생특성과 다른 이전 연구들에서 제시하는 가스발생기 연소가스 온도 요구조건이 1200 K이하임을 고려할 때, 최종적으로 이 조건을 만족하는 연료과농 연소가스를 생성할 계획이다.

• 한국추진공학회지
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• 제16권1호
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• pp.9-15
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• 2012

하이브리드 연소실의 국부 압력과 속도변화를 고려하는 비정상 내탄도 해석모델을 제안하고 이를 바탕으로 연소실 내 국부영역에서 내탄도 특성인자의 변화를 도출하였다. 해석 모델 검증을 위하여 연소실 전후단의 압력을 측정한 실험결과와 해석결과를 비교하여 실험과 해석결과가 유사함을 확인하고 연소 효율을 평가 하였다. 하류방향으로 산화제 유량이 변화하므로 이에 따른 연소실 국부영역의 압력, 온도, 연료의 후퇴율 및 연소가스의 유속 변화를 정량적으로 고찰하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권5호
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• pp.456-466
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• 2010

전형적인 하이브리드 모터의 연소 불안정 현상인 DC-Shift는 비선형적 특성을 갖는다. DC-Shift는 두 가지 형태로 나타나게 되는데, 압력이 급격하게 상승하는 양의 DC-shift와 연소 도중에 압력이 갑자기 감소하는 음의 DC-shift로 구분된다. 이 논문에서는 산화제 공급 유동 조건을 다양하게 변화시켜 음의 DC-shift 현상을 유도하고 산화제 공급 유동조건과 하이브리드 로켓이 갖고 있는 기본적인 주파수와 Helmholtz 주파수, 음향모드와의 공진을 유도하여 음의 DC-shift 현상의 발생 조건과 특징에 대하여 알아보았다. 실험 결과 연소 중 수백 Hz 대역의 압력 주파수 이동을 확인하였으며, 음의 DC-Shift가 연소로 발생하는 주파수와 유동의 흐름으로 인한 주파수간 위상이 상호 감쇠되어 발생한 것으로 나타났다. 향후 연소 중 나타나는 주파수의 변화에 따른 DC-Shift 현상에 대해서는 계속 연구되어야 한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권4호
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• pp.63-69
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• 2006

하이브리드 로켓 연료의 연소율 향상을 위해서 스월 유동을 이용한 방법과 나선형 그레인 방법의 두 가지 방법을 사용하여 연소율 증가에 대한 실험 연구를 수행하였다. 스월 유동을 적용하기 위해서 두 가지의 인젝터를 사용하였으며 스월 수 3.61인 인젝터를(Type II) 사용할 때 더 높은 연소율 증가를 나타내었다. 그러나 두 가지 인젝터 모두에서 공통으로 연료 앞부분에서 연소가 집중적으로 발생하는 현상이 발생하였다. 나선형 그레인에 의한 연소율 증가를 실험하기 위하여 피치 6과 피치 100인 두 종류 연료를 사용하였다. 스월 유동이 없는 인젝터를 사용할 경우 피치 6 그레인에서는 강한 난류의 발생에 따른 연소율 향상이 더 크게 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 스월 인젝터와 나선형 그레인을 동시에 적용하여 실험한 결과에 의하면, Type II 인젝터와 피치 100 그레인를 적용할 경우에 가장 높은 연소율 증가를 이루었다. 이것은 인젝터에서 발생한 스월 유동이 나선형 그레인을 통해 연료의 출구까지 유지되었기 때문인 것으로 판단된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권1호
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• pp.62-68
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• 2009

하이브리드 로켓 연소에서 발생하는 산화제 난류 유동과 연료의 기화로 인한 분출유동 사이의 상호 간섭은 매우 복잡하고 특별한 유동 간섭을 일으킨다. 이를 연구하기 위하여 연소반응을 제외하고, 산화제의 난류 유동과 연료 벽면에서의 분출 유동을 모사한 채널 유동에 대한 LES 해석을 수행하였다. 고체추진 로켓의 연소 과정에서 관찰되는 현상과 매우 흡사하게 벽면 근처에서 특정주파수로 진동하는 유동 현상이 존재한다는 것을 확인하였고, 산화제와 분출 유동의 간섭에 기인한 유동의 진동현상은 벽면 근처의 매우 얇은 영역에서만 존재하였다. 큰 길이 스케일의 유동현상을 보여주는 압력 섭동장으로부터 채널 내 주유동이 특정 주파수 특성을 갖고 하류로 진행해 가는데, 이는 산화제 유동이 분출유동과 상호작용을 하면서 발생된 전단유동의 특성을 나타낸 것이다. 그러나 하이브리드 로켓 연소실 유동의 진동 특성은 고체 추진 로켓에서 관찰되는 유동 특성과는 달리, 진동의 강도가 벽면에서 온도 구배를 변화시켜 열전달의 향상을 발생시키기에는 충분하지 못한 것으로 보인다. 그러나 벽면 근처에서 특정 주파수 특성을 갖는 유동현상이 존재한다는 사실은 비슷한 크기의 주파수를 갖는 음향 가진과 같은 외부교란이 작용한다면 공진으로 발전할 수 있는 가능성을 의미한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권3호
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• pp.264-270
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• 2008

하이브리드 로켓 고체 연료의 연소율(Burning Rate)을 묘사하는 후퇴율은 연료 유속, 산화제 유속과 더불어 연료길이의 함수로 나타내어지나 일반적으로 가장 영향이 큰 산화제 유속만의 함수로 모델링된다. 그러나 이는 연료가 갖고 있는 고유의 열화학적 특성에 대한 영향이 내포되어 있지 않아 다양한 연료에 대한 공통된 관계를 나타내기 어렵다. 본 연구에서는 고체연료의 열화학적 특성과 연소에 따른 공기역학적 특성이 고려된 물질전달수(B Number)를 도입하여 다양한 연료에 공통으로 사용될 수 있는 연소율 관계식을 제시하고, 물질전달수 내의 공기역학적 특성의 영향을 분석하였다. 물질전달수와 산화제 유속의 함수로 표현된 연소율 식은 고정된 실험 지수항과 상수항으로 PMMA, PP 및 PE의 연소율을 모두 묘사할 수 있었고, 연소율 관계식에서 B Number에 내포된 공기역학적 효과는 미미하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.225-228
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• 2009

하이브리드 로켓에서 파라핀계 연료의 연소 특성을 HDPE 연료와 비교하였다. 순수 파라핀 왁스를 사용한 경우 후퇴율은 HDPE에 비해 12.1배로 매우 빠른 후퇴율을 보였으나 특성 속도는 매우 낮았다. 순수 파라핀에 10 wt%의 LDPE를 블렌딩한 연료의 경우 순수 파라핀에 비해 후퇴율이 감소한 반면 HDPE에 비해서는 3.5배로 빠른 후퇴율을 보이면서도 특성속도는 증가되었다. 이를 통해 순수 파라핀에 폴리머계 연료를 블렌딩함으로써 연소 효율을 개선할 수 있음을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2007년도 제28회 춘계학술대회논문집
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• pp.370-373
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• 2007

산화제 탱크와 연소실이 결합된 기존의 구조에서 산화제 탱크가 연소실에서 분리 가능한 구조의 하이브리드 모터를 개발하였다. 초기 개발된 모터는 설계 추력의 30% 정도에 불과한 성능을 보였으며, 이는 산화제 유량이 원활히 공급되지 못했기 때문인 것으로 판단되었다. 이러한 판단 하에, 경험적으로 인젝터 오리피스 면적을 증가시켜가며, 산화제 유량이 설계 유량에 근접하도록 개선하였다. 개선된 모터는 설계치의 약 60% 정도인 18kgf까지 성능이 향상되었으며, 이로부터 개발된 모터가 사운딩 로켓 모터의 임무 수행에 적절한 추력 대 중량비의 범위 내에 있음을 확인하였다.