Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.5
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pp.43-52
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2019
Cryogenic propellant rockets utilize a natural circulation loop of cryogenic fluid to cool the engine inlet temperature before launch. The geometric information about the circulation system, such as length and diameter of the pipes and the heat input to the system, defines the mass flow rate of the natural circulation loop. We performed experiments to verify the natural circulation mass flow rate and compared the results with the analytical results. The comparison of the mass flow rate between experiments and numerical simulations showed a 12% offset. We also included a prediction of the natural circulation flow rate in the low-gravity section and in the acceleration section in the upper stage of the launch vehicle. The oxygen tank should have 100 kPa(a) of pressure in the acceleration section to maintain a high flow rate for the natural circulation loop. In the low-gravity section, there should be an optimal tank pressure that leads to the maximum natural circulation flow rate.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.22
no.4
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pp.85-90
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2018
The objective of this paper is to observe effects of ignition position and time on ignition transition. A gaseous oxygen and liquid kerosene mixture is used as propellant with a shear-coaxial injector. In order to study the ignition delay time and combustion instability intensity, the pressure transducer was used. Sequences, excepting igniter operation time, were fixed to compare the ignition time only. Initial pressure peak and ignition delay time increased as the ignition time was delayed. Additionally, an unstable flame development zone was detected when the igniter was away from the injector.
In the development of a cryogenic propellant tank, the proper selection of adhesives to bond composite and metal liner is important for the safety of operation. In this study, 3 types of adhesives were tested for the ability to bond CFRP composites developed for cryogenic use and aluminum alloy (Al 6061-T6) for lining the tank using double-lap joint specimens. The double-lap joint specimens were tested inside an environmental chamber at room temperature and cryogenic temperature ($-150^{\circ}C$) respectively to compare the bond strength of each adhesive and fracture characteristics. The material properties with temperature of component materials of double-lap joints were measured. In addition, ABAQUS was used for the purpose of analyzing the experimental results.
Optimal design and verification studies were performed on an orthogrid-stiffened cylinder for a propellant tank of a space launch vehicle. Hypersizer, an optimal design code for aerospace structures, was used in the present optimal design study. Design optimization was conducted to minimize structural weight of the orthogrid-stiffened cylinder. In this study, KDFs with different values (0.40, 0.83, and 0.92) were considered for the design optimization. Three optimal cylinders were designed. As the KDF increased from 0.40 to 0.83 and 0.92, structural weights of optimal design models decreased by 27.70% and 30.08%, respectively. Postbuckling analysis was conducted using ABAQUS. Results showed that global buckling loads of those optimally designed models were higher than the design load. Global buckling loads of those optimal design models with initial imperfection were derived to be at least 1.64% higher than the design load (2,860 kN). Results of this study demonstrated that the optimal design satisfying the design load was appropriately conducted.
Mission opportunities and trajectory characteristics for the future Korean Mars mission have designed and analyzed using KSIV-III(Korea Space Launch Vehicle-III). Korea's first space center, 'NARO space center' is selected as a launch site. For launch opportunities, year 2033 is investigated under considering the date of space center's completion with KSLV series development status. Optimal magnitude of various maneuvers, Trans Mars Injection (TMI) maneuver, Trajectory Correction Maneuver (TCM), Mars Orbit Insertion (MOI) maneuver and Orbit Trim Maneuver(OTM), which are required during the every Mars mission phases are computed with the formulation of nonlinear optimization problems using NPSOL software. Finally, mass budgets for upper stage (launcher for KSIV-III and spacecraft are derived using various optimized maneuver magnitudes. For results, daily launch window from NARO space center for successful Korean Mars mission is avaliable for next 27 minutes starting from Apr. 16. 2033. 12:17:26 (UTC). Maximum spacecraft gross mass which can delivered to Mars is about 206kg, with propellant mass of 109kg and structure mass of 97kg, when on board spacecraft thruster's Isp is assumed to have 290 sec. For upper stage, having structure ratio of 0.15 and Isp value of 280 sec, gross mass is about 1293kg with propellant mass of 1099kg and structure mass of 194kg. However, including 10% margins to computed optimal maneuver values, spacecraft gross mass is reduced to about 148kg with upper stage's mass of 1352kg. This work will give various insights, requiring performances to developing of KSIV-III and spacecraft design for future Korean Mars missions.
Kim, Sohee;Kwon, Younja;Jeon, Jong-Ki;Jo, Youngmin
Applied Chemistry for Engineering
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v.31
no.3
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pp.317-322
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2020
Hydroxylammonium nitrate (HAN; NH3OHNO3) is an ionic energy material having a low melting temperature and vapor pressure with a high oxygen balance. To utilize it as an oxidizer for a high content liquid mono-propellant, a dual solvent was used to obtain HAN in a solid particulate form. The dehydrated crystal from an aqueous HAN was washed with dual organic solvents including acetone and ethanol, finally resulting in the moisture content of 13.8 wt%. When acetone was applied as a single solvent, the maximum synthesis yield of 88%, the HAN content evaluated by TGA of 86.2%, and the decomposition temperature ranged 160℃ to 205℃ were achieved.
Perchlorate ion ($ClO_4^-$) has been widely used as oxidizing agent in military weapon system such as rocket and missile fuel propellant. So it has been challenging to remove the pollutant of perchlorate ion. nanoscale zero valence iron (nZVI) particles are widely employing reduction catalyst for decomposition of perchlorate ion. nZVI particles has increasingly been utilized in groundwater purification and waste water treatment. But it have strong tendency of aggregation, rapid sedimentation and limited mobility. In this study, we focused on reduction of perchlorate ion using nZVI particles immobilized in alginate polymer bead for stabilization. The stabilized nZVI particles displayed much greater surface area, and much faster reaction rates of reduction of perchlorate ion. In this study, an efficient way to immobilize nZVI particles in a support material, alginate bead, was developed by using $Ca^{2+}$ as the cross-linking cations. The efficiency and reusability of the immobilized Fe-alginate beads on the reduction of perchlorate was tested at various temperature conditions.
Kim, Hwa-Bin;Oh, Jeong-Eun;Lee, Sung-Yun;Cho, Jae-Weon;Snyder, Shane
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.7
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pp.776-781
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2006
Perchlorate ion($ClO_4^-$), which is present in the solid propellant for rocket, herbicide and some fertilizers. Perchlorate inhibits iodide uptake by the human thyroid gland. Impairment of thyroid function in expectant mothers may impact the fetus and result in effects including cerebral palsy, give rise to thyroid gland cancer. The US EPA(Environmental Protection Agency) adopted a reference dose(RfD) for perchlorate 0.0007 mg/kg-day, and this guidance lead to a Drinking Water Equivalent Level(DWEL) of 24.5 ${\mu}g/L$. The studies about perchlorate are actively performed in foreign countries, especially in USA but there is no study which surveyed the perchlorate contamination in Korea. Therefore, this study was done to investigate perchlorate contamination in Nak-dong river and tap water. The perchlorate was detected in Nakdong river and ranged from ND to 278.4 ${\mu}g/L$. The highest concentration was observed in Kumichon. The perchlorate concentration was decreased with the down stream of Nakdong river. The perchlorate concentration in tap water was varied with the cities and the concentration levels were $ND{\sim}34.1$ ppb. The highest perchlorate concentration was observed in DalsuGoo in Daegu and the similar concentration($9{\sim}11$${\mu}g/L$) was detected in most of the districts in Busan. The result of this study suggests that there is a perchlorate source near the Nakdong river and the urgent policy is needed to control perchlorate for the cities which are supplied from Nakdong river as for their tap water.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.9
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pp.703-709
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2020
Pintle injector is known to have been adopted as injector of Lunar Module Descent Engine (LMDE) and contributed to success of the Apollo program and recently used in merlin engine. In this study, 500N Lab-Scale pintle injector thruster was manufactured and the combustion experiment with LOx/GCH4 was conducted. However, the proto-type thruster was showed some problems, such as low combustion efficiency and melting of pintle tip. To solve these problems, the flow guide in pintle tip was suggested through the CFD simulation. After addition of flow guide module, the combustion efficiency increased and pintle tip did not melt until the end of combustion.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.7
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pp.91-97
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2004
The first Korean liquid propellant rocket KSR-III successfully finished its flight test on Nov. 28, 2002. Herein, we summarize the results of range safety system operation which is employed for the first time in flight tests of rockets developed by Korea Aerospace Research Institute(KARI). During the flight, safety-critical flight data including instantaneous impact points are monitored in realtime by range safety officers utilizing Range Safety Display Systems. The recorded screen of the display system is presented for the explanation of safety operation. In addition, comparisons are made between onboard navigation system based and radar based results in calculating instantaneous impact points, and also errors from the finally recorded impact point are described.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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