Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.4
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pp.353-358
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2011
In this paper, we describe a process for optimally designing a ring-type permanent magnet thrust bearing. The bearing consists of two sets of permanent magnet rings. One set is located inside the other set. An axial offset between the two sets creates axial force, which results in a thrust bearing function. In order to realize an optimal design of the bearing where the required load capacity of the bearing is achieved with the least magnet volume, we derived analytical design equations by adopting the equivalent current sheet (ECS) method. We considered the following two types of magnet arrays: axial arrays and Halbach arrays. These two types of arrays are optimized using the analytical design equations. The results of the optimization are verified using three dimensional (3D) finite element analyses (FEA). The results show that the Halbach array can achieve the required load capacity with less amount of permanent magnet than the axial array does. The efficacy of the ECS method is also verified by using 3D FEA. It is found that the accuracy of ECS method is more sensitive to the underlying assumptions for the Halbach array than for the axial array.
This paper presents the optimization of a drilling operation subject to machining constraints such as power, torque, thrust, speed and feed rate. The optimization is meant to minimize the machining time required to produce a hole. For the first time, the effects of a pilot hole are included in the formulation of the machining constraints. The optimization problem is solved by using the geometric programming technique. The dual problem is simplified based on the characteristics of the problem, and the effects of machining constraints on the machining variables are identified.
Kim, Kyoung-Rean;Ko, Jae-Myoung;Park, Soon-Jong;Park, Jong-Ho
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05b
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pp.3068-3073
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2007
Aerodynamic forces and moments have been used to control rocket propelled vehicles. If control is required at very low speed, Those systems only provide a limited capability because aerodynamic control force is proportional to the air density and low dynamic pressure. But thrust vector control(TVC) can overcome the disadvantages. TVC is the method which generates the side force and roll moment by controlling exhausted gas directly in a rocket nozzle. TVC is classified by mechanical and fluid dynamic methods. Mechanical methods can change the flow direction by several objects installed in a rocket nozzle exhaust such as tapered ramp tabs and jet vane. Fluid dynamic methods control the flight direction with the injection of secondary gaseous flows into the rocket nozzle. The tapered ramp tabs of mechanical methods are used in this paper. They installed at the rear in the rocket nozzle could be freely moved along axial and radial direction on the mounting ring to provide the mass flow rate which is injected from the rocket nozzle. In this paper, the conceptual design and the performance study on the tapered ramp tabs of the thurst vector control has been carried out using the supersonic cold flow system and shadow graph. Numerical simulation was also performed to study flow characteristics and interactions between ramp tabs. This paper provides to analyze the location of normal shock wave and distribution of surface pressure on the region enclosed by the tapered ramp tabs.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.8
no.1
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pp.54-60
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2004
Experimental study on combustion characteristics of double swirl coaxial injectors has been conducted for the assessment of critical injector design parameters. A reusable, subscale thrust chamber has been fabricated with a water-cooled copper nozzle. Two different configurations of injectors have been tested for the understanding of the effects of recess length on high pressure combustion. Clearly, the recess length drastically affects the combustion efficiency and hydraulic characteristics of an injector. Internal mixing of propellants in an injector with recess number of two increases a combustion efficiency and reveals sound combustion although a pressure drop required for the same amount of mass flow rates increases compared with an injector of recess number of one.
In this paper, the TVC actuation test and analysis results for a flexible seal kick motor nozzle are presented. A real-sized test model of KSLV-I kick motor system is applied to water pressurizing TVC tests which investigate the property changes in TVC nozzle expansion and TVC actuation performance against chamber pressure changes. The equipments which are required for TVC actuation tests are briefly explained. The TVC actuation tests are firstly accomplished in static mode, which reveals TVC error characteristics including thrust misalignment, control accuracy, and TVC stroke increase, etc. The properties in frequency domain is given via dynamic tests. These results may play an important role in enhancing the TVC control performance of KSLV-I.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.8
no.2
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pp.85-94
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2004
Experimental study on combustion characteristics of double swirl coaxial injectors has been conducted for the assessment of critical injector design parameters. A reusable, unielement thrust chamber has been fabricated with a water-cooled copper nozzle. Two principal design parameters. a swirl angle and a recess length, have been investigated through hot firing tests for the understanding of their effects on high pressure combustion. Clearly, both parameters considerably affect the combustion efficiency, dynamics and hydraulic characteristics of an injector. Internal mixing of propellants in a recess region increases combustion efficiency along with the increase of a pressure drop required for flowing the same amount of mass flow rates. It is concluded that pressure buildup due to flame can be released by the increase of LOx flow axial momentum or the reduction of a recess length. Dynamic pressure measurements of the thrust chamber show varied dynamic behaviors depending on injector configurations.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.11
no.4
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pp.52-58
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2007
The irregular fuel surface was observed by the visualization of hybrid rocket combustion. Even though the test condition maintained oxidizer rich environment, the irregular dark fuel surface was formed as the result of incomplete combustion. In order to investigate the correlation of the characteristics of oxidizer flow and the irregular fuel surface, various flow conditions were imposed such as swirl flow, induced swirl flow by helical fuel configuration and straight flow. Test results revealed no correlation was found between oxidizer flow condition and irregular fuel surface. And this can be a commonly observed phenomena in the tests with different fuel/oxidizer combination. Thus, the irregular fuel surface can be a result of the interaction of blowing flow of vaporized fuel and the boundary layer of oxidizer flow. A further study will be required to confirm the assumption for the formation of irregular fuel surface.
Aerodynamic forces and moments have been used to control rocket propelled vehicles. If control is required at very low speed, Those systems only provide a limited capability because aerodynamic control force is proportional to the air density and low dynamic pressure. But thrust vector control(TVC) can overcome the disadvantages. TVC is the method which generates the side force and roll moment by controlling exhausted gas directly in a rocket nozzle. TVC is classified by mechanical and fluid dynamic methods. Mechanical methods can change the flow direction by several objects installed in a rocket nozzle exhaust such as tapered ramp tabs and jet vane. Fluid dynamic methods control the flight direction with the injection of secondary gaseous flows into the rocket nozzle. The tapered ramp tabs of mechanical methods are used in this paper. They installed at the rear in the rocket nozzle could be freely moved along axial and radial direction on the mounting ring to provide the mass flow rate which is injected from the rocket nozzle. In this paper, the conceptual design and the study on the tapered ramp tabs of the thurst vector control has been carried out using the supersonic cold flow system and schlieren system. This paper provides the thrust spoilage, three directional forces and moments and distribution of surface pressure on the region enclosed by the tapered ramp tabs.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.5
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pp.1-9
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2013
Variable area nozzle, where both throat and exit area vary, is required for optimal expansion and optimal nozzle shape upon operation of after-burner. Steady-state and transient analyses are carried out for each condition with and without afterburner operation and as a function of the location of the nozzle flap. Effects of that nozzle displacement on flow and thrust characteristics are analyzed from numerical results. With variable area nozzle adopted, the combustion field is variable in time, leading to periodically variable thrust. For off-design conditions, flow separation shows up due to over expansion at the flap tips and shock wave does in the nozzle due to under expansion. The undesirable phenomena can be solved by control of variable area nozzle.
A study has been conducted on the bulging process of regenerative cooling nozzle which is essential for the manufacturing of liquid rocket thrust chamber. Tension tests have been performed for the material to be used for the development of the bulging process and mechanical properties are obtained by the test. Two or three bulging tools were required to complete the bulging process. The necking of the material was a major failure encountered in the bulging process and a research has revealed that grain size of the material has considerable effect on its occurrence. The presently developed bulging process with a controlled grain size material has been successfully applied to the manufacturing of subscale and 30-tonf full scale regeneratively cooled nozzle while demonstrating the applicability and usefulness of the presently developed bulging process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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