Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.4
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pp.9-18
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2016
In this research, the modeling of erosive burning and analysis of effective parameters were carried out for the application of fluid-structure integration analysis. The manufacture, test, and analysis of erosive burning motors were carried out to estimate the erosive burning applying Lenoir & Robillard model considering effective parameters. The erosive burning phenomenon was detected from experimental results. Erosive burning model and its effective parameters were evaluated and analyzed considering existence of aluminum in propellant, relationship among erosive burning coefficients according to characteristic length, effect of grain initial temperature. The erosive burning model was applied to the fluid-structure integration analysis, and the estimated results were close to the experimental results.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.429-434
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2012
Ignition delay of micro/nano aluminum particles is caused by aluminum oxide shell. The method of minimizing this ignition delay is proposed in the study. Generating and heating of particles are processed at the same time. As soon as heated particles are produced, they immediately contact with oxygen. Chemical reaction is induced on the contact surface instead of crystallization of oxide shell. Finally particles are ignited. Aluminum particles are generated by laser ablation on an aluminum plate using Nd:YAG pulse laser. Injected particles are confirmed through visualization of particles using scattering method. $CO_2$ continuous laser supplies heat to aluminum plate and generated particles. Trace of burning particles is observed in the experiment.
Aluminum nitride (AlN) powders were synthesized by using a mixture of an aluminum nitrate or sulfate salt and carbon (mole ratio of $Al^{3+}$ to carbon=L : 30). The AlN was obtained by calcining the mixture under a flow of nitrogen in the temperature range 1100-1$600^{\circ}C$ and then burning out the residual carbon. The process of conversion of the salt to AlN was monitored by XRD and $^{27}$ Al magic-angle spinning (MAS) NMR spectroscopy. The salt decomposed to ${\gamma}$-alumina and then converted to AlN without phase transition from ${\gamma}$-to-$\alpha$-alumina. $^{27}$ Al MAS NMR spectroscopy shows that the formation of AlN commenced at 110$0^{\circ}C$. AlN powders obtained from the sulfate salt were superior to those from the nitrate salt in terms of homogeneity and crystallinity. A very small amount of AlN whiskers was obtained by calcining a mixture of an aluminum sulfate salt and carbon at 115$0^{\circ}C$ for 40 h, and the growth of the whiskers is well explained by the particle-to-particle self-assembly mechanism.
An experimental study on the combustion of superfine aluminum powders (average particle diameter, a$_{s}$: ∼0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$) in air is reported. The formation of aluminum nitride during the combustion of aluminum in air and the influence of the combustion scenario on the structures and compositions of the final products are in the focus of this study. The experiments were conducted in an air (pressure: 1 atm). Superfine aluminum powders were produced by the wire electrical explosion method. Such superfine aluminum powder is stable in air but once ignited it can burn in a self-sustaining way due to its low bulk: density (∼0.1 g/㎤) and a low thermal conductivity. During combustion, the temperature and radiation were measured and the actual burning process was recorded by a video camera. Scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) and chemical analysis were performed on the both initial powders and final products. It was found that the powders, ignited by local heating, burned in a two-stage self-propagating regime. The products of the first stage consisted of unreacted aluminum (-70 mass %) and amorphous oxides with traces of AlN. After the second stage the AlN content exceeded 50 mass % and the residual Al content decreased to ∼10 mass %. A qualitative discussion is given on the kinetic limitation for AlN oxidation due to rapid condensation and encapsulation of gaseous AlN.N.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.05a
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pp.476-482
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2010
알루미늄은 많은 이점에도 불구하고 표면의 높은 용융점을 가지는 산화 피막 효과로 인해 원활하게 점화와 연소 반응이 일어나지 못하는 단점이 있다. 그런데 산화피막을 제거하는 방법은 매우 복잡하며 용이하지 않으므로 본 연구에서는 연소율은 압력에 비례한다는 원리를 이용하여 접근하였다. 연소 속도의 압력에 따른 민감도를 알기 위해 압력 용기를 설계하였고 아르곤 가스를 이용하여 80nm의 알루미늄 분말과 산화제인 증류수의 혼합물을 3, 5, 10 기압의 압력 조건에 따른 연소속도의 변화를 측정하고 해외의 연구와 비교 분석하였다.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2010.05a
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pp.450-459
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2010
고체추진제의 첨가제 또는 연료로써 주로 사용되는 알루미늄 단일 입자 연소시험 장비를 제작하고 연소 실험을 수행하였다. 산화 알루미늄으로 피복된 금속입자는 약 30~100 ${\mu}m$의 크기를 사용하였다. 단일 입자는 Electrodynamic Balance (EDB) 방법에 의해 공중 부양된 상태로, 중력에 의한 영향이 배제되어 금속입자 고정용 또는 측정용 장치들의 접촉에 의한 열손실을 제거시켜 실험 정확도를 높였다. Standard Hyperbolic Electrodynamic Levitator (SHEL) 내에서 부양된 입자에 $CO_2$ 레이저를 사용하여 점화시킨 후, 입자로부터 방사되는 열복사를 이용한 two wavelength pyrometry를 적용하여 알루미늄 입자 크기에 따른 연소시간, 평균 화염온도, 점화온도, 점화시간을 획득하였으며, 단일 알루미늄 입자의 점화-연소특성을 평가하였다.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.886-898
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2008
A survey is offered of the present status of microaluminized propellants industrially used worldwide in most space applications, but new directions are also pointed out making profitable use of the nanoaluminized propellants currently tested in many laboratories. Different industrial- and research-type of solid rocket propellants, mainly but not only, of the well-known family oxidizer/Al/HTPB(oxidizer being AP, AN or a mixture of the two) were experimentally analyzed at the Space Propulsion Laboratory of Politecnico di Milano. In general, they feature the same nominal composition but implement different grain size distributions of the oxidizer or metal fuel. The basic properties of all formulations were compared to that of a standard propellant already certified for flight.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.275-282
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2008
This paper presents numerical investigation of multi-phase flow in solid rocket motor nozzle and effect of multi-phases on the performance prediction of the Solid Rocket Motor. Aluminized propellants are frequently used in solid rocket motors to increase specific impulse. An Eulerian-Lagrangian description has been used to analyze the motion of the micrometer sized and discrete phase that consist of the larger particulates present in the Solid Rocket Motor. Uniform particles diameters and Rosin-Rammler diameter distribution method has been used for the simulation of different burning of aluminum droplets generating aluminum oxide smokes. Roe-FDS scheme has been used to simulate the effects of the multi-phase flow. The results obtained show the sensitivity of this distribution to the nozzle flow dynamics, primarily at the nozzle inlet and exit. The analysis also provides effect of two phases on performance prediction of Solid Rocket Motor.
Aluminum dusts, from micro to nano-scale, are widely used in various applications such as propulsion and pyrotechnic compounds because of high burning rate. In this study, the pyrolysis hazard of aluminum dusts with different median size (sized by 70 nm, 100 nm, $6{\mu}m$, $15{\mu}m$) were investigated experimentally. The thermal decomposition characteristics of aluminum dusts with the variation of heating rate were investigated using TGA (Thermo gravimetric analysis) and was estimated the minimum ignition temperature from temperature of weight gain in nano and micro-sized aluminum dusts with different diameter. In the same condition of heating rate, the temperature of weight gain in aluminum dust layers increased with increasing of particle size and increased with increasing of heating rates in air. From the results, it was estimated that the pyrolysis hazard of aluminum dusts decrease with increasing of mean diameter.
In the molten state, magnesium alloys vigousey react with oxygen in the air, is protected from oxidation and burning by the addition of $SF_6$ to $CO_2$ atmosphere over the melt. The mechanical properties and metallographic examinatin have made of Mg-Al alloys containing 3, 6, 9% in the solution treated state and precipitated state, comparing mechanical properties obtained during unidirectional solidification with me chanical properties obtained during conventional casting. For a given solution treatment, a higher aluminum contents produce more or less fine grains in conventional casting. For a given artifical aging treatment, a higher aluminum contents produces much precitates at the grain boundary as well as within the grain in unidirectional solidification. As a result of this experiment, for a given heat treatment, the higher is aluminum contents the higher is the ultimate tensile strength, yield strength, hardness while the lower the elongation. Also the mechanical properties of unidirectional solidification is larger than that of conventional casting.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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