• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1995년도 제4회 학술강연회논문집
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• pp.85-92
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• 1995

HTPB/AP/Al이 기본 조성인 ADP 302 혼합형 추진제를 대상으로 4종의 금속선(Ag, Cu, Al, Ni-Cr)을 삽입하여 금속선 직경(0.1mm~0.8mm)별로 압력에 따른 금속선과 인접한 추진제의 연소 속도($r_w)를 측정하여 금속선 삽입 추진제의 연소 속도 증가비($r_w$/$r_sb$)와 압력 지수( n )의 변화를 고찰한 결과 금속선 종류에 따른 연소 속도 증가비($r_w$/$r_sb$)는 Ag> Cu>Al>Ni-Cr선을 삽입한 추진제의 순으로 나타났고 금속선의 열확 산 계수의 크기순과 일치하였다. Buckingham $\pi$ 이론을 적용한 무차원 해석으로부터 실험식을 구하여, 이 실험식에 의해 계산된 ($r_w)와 실험으로부터 얻어진 ($r_w)를 서로 비교하여 본 결과 잘 부합됨을 알 수 있었다. 또한 금속선 수에 따른 추진제 그레인의 연소 면적을 해석적으로 계산하여,($r_w$/$r_sb$)가 2, 3, 4, 5 배로 증가함에 따른 시간에 따른 연소 면적 증가비의 변화를 금속선 수에 따라서 비교하여 본 결과 정상 상태에서의 그레인의 연소 면적의 증가비($A_b$/$A_0$)는 금속선에 인접한 추진제의 연소 속도 증가비($r_w$/$r_sb$)와 일치했으며, 정상 상태의 연소 면적 증가비는 삽입된 금속선의 수와는 무관하며 정상 상태에 도달하는 시간에만 영향을 주는 것으로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권4호
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• pp.363-368
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• 2010

고체추진제의 연소가 진행될 때, 고체상에서 액체상으로, 액체상에서 기체상으로의 상변화가 일어난다. 이 때 추진제 표면에서는 액체상, 기체상이 동시에 존재하게 된다. 액체상과 기체상의 중간에서는 액체상과 기체상의 혼합으로 인하여 거품이 형성되는데, 이 구간을 용융층(Melt Layer)이라고 한다. 용융층의 윗부분, 즉 액체상과 기체상 사이에는 연소면(Burning Surface)이 존재한다. 일반적으로 고체추진제가 연소될 때 생성되는 용융층의 두께는 1기압에서 약 1마이크론 정도이다. 본 연구에서는 물리적인 상변화 현상을 상방정식을 이용하여 액체에서 기체로의 상변화 현상을 모사하였다. 이를 통하여 연소면의 두께, 형성과 전파를 모사하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제19권1호
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• pp.33-41
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• 2015

DSC 실험 데이터를 이용하여 고에너지 물질의 반응속도식을 추출해내는 이론적 방법을 제안하고 알루미늄 고함유 화약(RDX/HTPB/Al)에 대한 반응속도식 추출을 수행하였다. DSC 실험 결과는 Friedman 등전환법으로 분석되며 AKTS software를 사용하였다. 질량분율에 따른 활성화에너지와 빈도인자를 추출해 내어 반응속도식을 완성하였다. 추출된 반응속도식은 기존의 ODTX 실험을 통해 추출되는 화학반응속도식 형태에 비해 이론적 측면과 정확성 측면에서 상당한 장점을 갖는다. 추출된 반응속도식의 검증을 위해 화학반응률 그리고 생성물 질량분율에 대해 DSC 실험과 동일한 조건하에서 전산모사를 수행하였으며 실험값과 잘 일치함을 확인하였다. 또한 붕소 질산칼륨($B/KNO_3$)에 대한 완속가열 전산모사를 수행하였으며 실험결과와 비교하여 DSC 반응속도식의 전산모사에의 적용가능성을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.155-158
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• 2009

본 연구에서는 Hydroxy Terminated Polyether(HTPE) 추진제 원료와 HTPE 둔감 추진제 조성 2종에 대하여 DSC와 TGA를 사용하여 열분해 특성을 고찰하였고, Extermely Insensitive Detonating Substance(EIDS) 완속가열 시험을 수행하여 반응 시간과 반응 온도를 측정하였다. AN이 포함된 HTPE 002는 약 $125^{\circ}C$에서 AN의 상전이과정($II{\rightarrow}I$)을 거친 후, 약 $200^{\circ}C$범위까지 BuNENA와 AN이 함께 발열특성을 가지고 분해됨을 알 수 있었다. EIDS 완속가열 시험을 수행한 결과 HTPE 001은 $250^{\circ}C$, HTPE 002는 $152^{\circ}C$ 부근에서 반응이 있어났으며, 두 추진제 모두 $115^{\circ}C$부근에서 급격한 온도 상승이 일어났다.

• 한국추진공학회지
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• 제20권2호
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• pp.46-55
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• 2016

Differential Scanning Calorimetry(DSC) 실험 데이터를 이용하여 고에너지 물질의 반응속도식을 추출해내는 이론적 방법을 제안하고 알루미늄 고함유 화약(RDX/HTPB/Al)에 대한 반응속도식 추출을 수행하였다. DSC 실험 결과는 Friedman 등전환법으로 분석되었다. 질량분율에 따른 활성화에너지와 빈도인자를 추출해 내어 반응속도식을 완성하였다. 추출된 반응속도식은 고에너지 물질의 화학반응과정을 몇 단계의 주요단계로 가정하는 형태가 아닌 전체 화학반응 과정을 나타내는 형태를 갖는다. 이는 기존의 ODTX 실험을 통해 추출되는 화학반응속도식 형태에 비해 이론적 측면과 정확성 측면에서 상당한 장점을 갖는다. 추출된 반응속도식의 검증을 위해 화학반응률 그리고 생성물 질량분율에 대해 DSC 실험과 동일한 조건하에서 전산모사를 수행하였으며 실험값과 잘 일치함을 확인하였다. 또한 완속가열 전산모사를 수행하였으며 실험결과와 비교하여 DSC 반응속도식의 전산모사에의 적용가능성을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제23권4호
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• pp.92-97
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• 2019

추진제, 라이너 그리고 내열재간의 접착력을 향상시키기 위한 연구를 수행하였다. 내열재에 아무런 처리하지 않은(Bare) 상태보다는 피막처리제를 적용한 것이 접착력 향상에 유리하였다. 라이너 도포 두께가 증가할수록 내열재와 추진제간의 접착력이 향상되는 것을 확인하였으며, 라이너 경화는 24시간 경화 시간이 필요하며, 그 이상의 과경화는 접착력에 불리한 영향을 끼친다. 또한 결합제를 적용할 때가 적용하지 않을 때보다 접착력에 유리하다는 것을 알 수 있었으며, 결합제 함량이 증가할수 록 접착력도 상승하였다. 결합제 종류에 따른 접착력 변화는 HX-868이 HX-752보다 접착력이 소폭 향상되었다.

• 한국추진공학회지
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• 제24권4호
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• pp.73-78
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• 2020

고체 로켓 추진기관을 생산, 취급하는 과정에서 추진제를 발화 시킬 수 있는 주요 원인은 작업자의 실수, 잘못된 작업방법, 기계적 결함, 충격, 마찰, 정전기, 누전 등이 있다. 과거 수십 년 동안 추진기관의 생산 취급과정에서 많은 사고가 발생되었으며, 사고조사 결과 특정 조건에서 정전기 민감도가 매우 높아진다는 사실이 확인되었다. 본 논문에서는 해외 사고사례를 분석하고 실제 공정을 고려한 밀폐 및 압력 하중이 가해지는 상황을 모사하여 정전기 민감도를 측정하였다. 시험결과 추진제의 밀폐 및 압력 하중 상황에서 민감도가 높아지며, 압력보다는 밀폐상황에서 추진제가 정전기에 더 민감하게 반응하는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 추진제 민감도 시험에 대한 시험 방식이 재설계되어야 한다고 판단되어 정전기, 압력, 마찰, 밀폐 조건을 동시에 모사할 수 있는 시험 장비 제작을 추진하게 되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권6호
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• pp.525-538
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• 2014

무기체계 개발에서 예상치 못한 고속의 총탄 충격을 받았을 때 반응 시스템의 폭발 반응을 예측하는 것은 안정성 확보를 위하여 매우 중요하다. 본 연구에서는 LX-17(92.5% TATB, 7.5% Kel-F)과 AP 기반의 고체 추진제(88% AP, 12% HTPB)가 충전된 반응 시스템에 한계 속도로 충돌하는 총탄 충격을 가했을 경우 발생하는 폭굉 현상 및 파괴 거동을 I&G 모델이 적용된 2차원 하이드로 수치해석을 통해 규명하고자 하였다. 해석 결과, LX-17의 경우 충격-폭굉 천이 현상(SDT)이 주요한 메커니즘으로 작용한 반면 고체 추진제는 상대적으로 안정한 모습을 보였다. 즉, 시스템의 파괴는 내부 압력의 급격한 증가와 격렬한 화학반응을 동반하는 고에너지 물질의 폭굉 현상이 그 원인이며, 폭발등급이 낮은 경우에는 고속 충돌에도 발화되지 않아 커버가 완전 파쇄에 이르지 않는 것으로 관찰되었다.

• 한국추진공학회지
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• 제14권6호
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• pp.31-37
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• 2010

본 연구에서는 Hydroxyl Terminated Polyether(HTPE) 추진제 원료 및 HTPE 둔감 추진제 조성 2종에 대하여 Differential Scanning Calorimetry(DSC)와 Thermal Gravimetric Analysis(TGA)를 사용하여 열분해 특성을 고찰하였고, EIDS 완속가열 시험을 수행하였다. AN이 포함된 HTPE 002는 약 $125^{\circ}C$에서 AN의 상전이과정(II$\rightarrow$I)을 거친 후, 약 $200^{\circ}C$범위까지 BuNENA와 AN이 함께 발열특성을 가지고 분해됨을 알 수 있었다. EIDS 완속가열 시험을 수행한 결과 HTPE 001은 $250^{\circ}C$, HTPE 002는 $152^{\circ}C$ 부근에서 반응이 있어났으며, 두 추진제 모두 $115^{\circ}C$부근에서 급격한 온도 상승이 일어났다. 추진제 HTPE 001과 HTPE 002의 열폭발에 대한 임계온도, Tc,를 Semenov의 열폭발 이론과 몇 가지 가열속도에서 측정된 비등온 곡선으로부터 계산되었고, 임계온도 계산에 사용된 열분해에 대한 활성화에너지는 Kissinger 방법으로 측정하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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• pp.244-245
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• 2003

고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.