• 한국추진공학회지
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• 제19권6호
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• pp.81-90
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• 2015

램제트 엔진, 스크램제트 엔진과 같은 극초음속 공기흡입식 추진기관을 지상에서 시험하기 위해서는 극초음속 추진기관이 작동하는 고고도, 고 마하수 환경을 모사해야 한다. 따라서 고압, 고온 환경을 조성하여 고고도 고 마하수 환경을 지상에서 구현해야 한다. 본 논문에는 한국항공우주연구원에서 설계 및 제작한 극초음속 공기 흡입식 추진기관 지상 시험설비의 구성과 특성에 대하여 소개한다.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제10권1호
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• pp.1-18
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• 2023

This paper investigates the integrated control of an air-breathing hypersonic vehicle considering the safety of propulsion system under acceleration. First, the vehicle/engine coupling model that contains a control-oriented vehicle model and a quasi-one-dimensional dual-mode scramjet model is established. Next, the coupling process of the integrated control system is introduced in detail. Based on the coupling model, the integrated control framework is studied and an integrated control system including acceleration command generator, vehicle attitude control loop and engine multivariable control loop is discussed. Then, the effectiveness and superiority of the integrated control system are verified through the comparison of normal case and limiting case of an air-breathing hypersonic scramjet coupling model. Finally, the main results show that under normal acceleration case and limiting acceleration case, the integrated control system can track the altitude and speed of the vehicle extremely well and adjust the angle deflection of elevator to offset the thrust moment to maintain the attitude stability of the vehicle, while assigning the two-stage fuel equivalent ratio to meet the thrust performance and safety margin of the engine. Meanwhile, the high-acceleration requirement of the air-breathing hypersonic vehicle makes the propulsion system operating closer to the extreme dangerous conditions. The above contents demonstrate that considering the propulsion system safety will make integrated control system more real and meaningful.

• 한국추진공학회지
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• 제9권1호
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• pp.67-83
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• 2005

1960년대부터 현재에 이르기까지 스크램제트 엔진의 발전 과정을 개략적으로 살펴보았다. 스크램제트 추진의 개념 및 추진 성능을 다른 고속 추진 기관과 비교하였으며, 결합 사이클 등, 스크램제트 엔진을 바탕으로 한 극초음속 공기흡입 추진기관에 대하여 기술하였다. 아울러 미국을 중심으로 지난 40여 년간의 스크램제트 엔진의 개발사를 소개하고, 최근에 수행되고 있는 선진 각국의 스크램제트 엔진 개발 프로그램들을 통하여 스크램제트 엔진의 최신 기술동향을 살펴보았다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2004년도 제22회 춘계학술대회논문집
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• pp.649-656
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• 2004

Hypersonic wind tunnel test of the rectangular variable geometry intake is performed. For realization of a Precooled turbojet engine, development of a hypersonic ramjet engine is planned. To investigate performance of the intake of the hypersonic ramjet engine, wind tunnel test is done with freestream Mach number of 5.1. The total pressure recovery was 18 % with 12.9 % of ramp bleed. Several reasons for low total pressure recovery are shown. Supersonic internal compression is not enough. Then, the throat Mach number is high (M2.61) and total pressure losses at the terminal shock is large. Supersonic flow at the throat and position of the terminal shock is sensitive to a difference of the second ramp's throat height and the third ramp's throat height. Flow separations at the second ramp's trailing edge and the third ramp's leading edge are seen those could result in the trigger of unstart. The seal mechanism between the ramps and the sidewalls is important.

• 한국추진공학회지
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• 제14권3호
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• pp.69-78
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• 2010

한국항공우주연구원은 2000년부터 극초음속 공기흡입식 추진기관 시험설비의 설계와 개발에 착수하여 2009년 7월 시험설비의 구축을 완료하였다. 스크램제트 엔진 시험설비(SeTF)로 명명된 본 시험설비는 자유제트 형식 시험부를 갖춘 불어내기식, 고 엔탈피 풍동으로 고압공기 공급원, 고온 공기 공급시스템, 엔진 시험부, 연료 공급시스템, 설비 제어 및 데이터 처리 시스템 그리고 배기 시스템으로 구성되어 있다. 본 논문에는 SeTF의 설계, 사양을 소개하였으며 현재 수행 중인 SeTF의 특성 파악 시험에 대한 소개 및 일부 시험 결과를 정리하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권5호
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• pp.297-308
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• 2022

극초음속 영역에서 운용되는 대부분의 극초음속 공기흡입(Air-breathing) 비행체들에 스크램제트 엔진이 탑재되고 있다. 스크램제트(Scramjet) 엔진에서는 일반적인 가스터빈 엔진의 압축기 역할을 흡입구에서 발생하는 충격파가 대신 수행하기 때문에 충격파에 의한 전압력 손실이 매우 중요하게 여겨진다. 본 연구에서는 전압력 손실을 최소화하기 위해 등엔트로피 압축면을 적용한 외부 압축형 흡입구의 설계법을 제시하고, 동일한 조건의 Busemann 흡입구와 3개의 cone 각도를 가지는 외부 압축형 흡입구를 설계하였다. 이후 전산해석을 통해 비설계 조건에 대한 성능 특성을 비교하였다. 각 흡입구 형상은 3단 외부 압축형 흡입구의 길이에 맞춰 truncation을 진행하였으며, 경계층 보정을 수행하였다. 등엔트로피 외부 압축형 흡입구는 3단 외부 압축형 흡입구에 비해 설계점에서는 우수한 성능을 보였으나 일부 비설계 조건에서는 3단 외부 압축형보다 성능이 저하되는 현상이 발생하였다.

• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제7권6호
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• pp.553-570
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• 2020

To address the problems caused by the strong coupling of an airbreathing hypersonic vehicle's airframe and propulsion to the integrated control system design, an integrated airframe-propulsion model is established, and the coupling characteristics between the aircraft and engine are analyzed. First, the airframe-propulsion integration model is established based on the typical nonlinear longitudinal dynamical model of an air-breathing hypersonic vehicle and the one-dimensional dual-mode scramjet model. Thrust, moment, angle of attack, altitude, and velocity are used as transfer variables between the aircraft model and the engine model. The one-dimensional scramjet model can accurately reflect the working state of the engine and provide data to support the coupling analysis. Second, owing to the static instability of the aircraft model, the linear quadratic regulator (LQR) controller of the aircraft is designed to ensure attitude stability and height tracking. Finally, the coupling relationship between the aircraft and the engine is revealed through simulation examples. The interaction between vehicle attitude and engine working condition is analyzed, and the influence of vehicle attitude on engine safety is considered. When the engine is in a critical working state, the attitude change of the aircraft will not affect the engine safety without considering coupling, whereas when coupling is considered, the attitude change of the aircraft may cause the engine unstart, which demonstrates the significance of considering coupling characteristics.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년 영문 학술대회
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• pp.492-498
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• 2008

In this paper are described recent studies about variable nozzles, that are a rectangular type nozzle and an axisymmetric type nozzle, of the precooled turbojet engine(S-engine) which are developed for the demonstration of the key technologies for the propulsion system of the hypersonic airplane and the first stage propulsion of the TSTO space plane. For the rectangular nozzle, three types of C-shaped carbon/carbon composite cowls which includes subscale model of the precooled turbojet engine are fabricated and the fine attachment to the ramp is confirmed. For the firing of the S-engine, stainless steel cowl with concrete heat insulator are fabricated and tested for 20 sec. Axisymmetric variable plug nozzle which is made of C/C material is fabricated and pressurized by the cold flow test. The axisymmetric plug nozzle can be operative up to 0.57 MPa of nozzle inlet pressure.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권12호
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• pp.1031-1038
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• 2017

공기 흡입식 엔진의 성능 향상을 위하여 흡입구를 통한 유입공기의 전압력 회복률을 최대로 하는 것은 엔진 설계에 있어서 매우 중요하다. 흡입구의 각 램프 단에서 발생하는 충격파의 세기를 동일하게 흡입공기를 압축하면 흡입구에서의 최대 전압력 회복을 보장한다는 Oswatitsch 기법이 극초음속에서도 유효한지를 조사하였다. 극초음속 영역에서의 흡입구 작동 한계를 고려하여 압축 특성 및 열역학적 관점에서 유입 마하수에 따른 흡입구의 압축램프 각도와 램프 수에 따른 흡입구 성능을 비교하여 각단에서 발생하는 충격파 강도에 영향을 주는 경사 충격파에 수직한 마하수의 비선형성을 분석하였다. 이 분석을 근거로 Oswaitisch 기법이 초음속에서 뿐만 아니라 극초음속 비행 영역에서도 유효한 결과를 도출할 수 있음을 확인하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2002년도 학술대회지
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• pp.253-254
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• 2002

The determination of thrust is very important in hypersonic air-breathing propulsion design and evaluation. Because of the short flow-residence time in the combustor, the evaluation of engine performance is strongly influenced upon the engine thrust. Conventional methods to determine the thrust is using thrust stand or force measurement system. However, these methods cannot be applied to the case where thrust stands are impractical, such as free jet testing of engines, and model combustor. With this reason, the thrust determination method from measured pilot pressure is considered and evaluated.