• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년 영문 학술대회
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• pp.320-329
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• 2008

The influence of thermodynamic transition associated with transcritical nitrogen injection upon the flow structure was investigated to explore numerical simulation of the injectant dynamics of oxygen/hydrogen coaxial jet in liquid rocket engines. Single and coaxial nitrogen jets were treated by comparing the transcritical and perfect-gaseous conditions, wherein the numerical model was accommodative to the real-fluid thermodynamics and transport properties at supercritical pressures. The model was in the first place validated by comparing the results of transcritical nitrogen injection between calculations and available experiments. For a single jet under the transcritical condition, the nitrogen kept a relatively high density up to its pseudo-critical temperature inside the mixing layer, since it remains less expanding until heated up to its pseudo-critical temperature. Numerical analysis revealed that cryogenic jets exhibit strong dependence of specific enthalpy profile upon the associated density profile that are both dominated by turbulent thermal diffusion. In the numerical model, therefore, exact evaluation of turbulent heat fluxes becomes very important for simulating turbulent cryogenic jets under supercritical pressures. Concerning the coaxial jets due to transcritical/gaseous nitrogen injections, the density profile inside the mixing layer was again affected by the thermodynamic transition of nitrogen. However, hydrodynamic instability modes of the inner jet did not show significant differences by this thermodynamic transition, so that further study is needed for the mixing process downstream of the near injection position.

• 한국추진공학회지
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• 제22권5호
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• pp.141-151
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• 2018

발사체 경량화에 따른 한국형발사체 투입성능 예측을 위해 궤적계산 프로그램을 작성하였다. 이 프로그램을 이용하여 단 별 구조비 감소 및 엔진 성능 개선에 따른 지구 저궤도 및 태양동기궤도 투입성능을 추정하였으며, 목표궤도에 투입 가능한 페이로드 중량을 성능 판단지표로 두었다. 한국형발사체의 구조비를 기존 대비 60% 수준까지 경량화 할 경우, 지구 저궤도 및 태양동기궤도에 최대 4.5톤, 3톤의 우주화물을 수송할 수 있을 것으로 보인다. 구조 경량화와 함께 90톤급, 10톤급의 개선 엔진을 탑재할 경우 태양동기궤도에 최대 3.65톤의 페이로드를 투입할 수 있다.

• 한국추진공학회지
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• 제13권1호
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• pp.51-57
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• 2009

이 연구 논문에서는 위상최적화 방법을 사용하여 강제대류를 이용한 열소산하는 구조물을 설계하는 방법을 개발한다. 전기 부품이나 기계구조물에서 발생하는 열을 낮추기 위해서 자연 대류와 강제 대류가 넓게 사용되고 있다. 또한 현재에는 화학전지(Fuel cell)나 로켓의 추진기관 등에서 발생한 열을 낮추기 위해서 강제 대류를 사용하고 있다. 현재에 이런 시스템을 효과적으로 열을 소산시키기 위해서 유동의 채널을 설계하는 것이 아주 중요한 이슈로 다루어지고 있다. 따라서 이 논문에서는 위상최적화 기법을 사용하여 최적의 채널을 설계하는 연구를 수행한다. 대류 현상을 고려하기 위해서 비압축성 N-S 방정식의 해석을 수행하였다. 이 논문에서는 열과 유체가 연계되어 있는 시스템을 수치적으로 연구하고 강제대류를 고려하는 최적의 채널 설계 결과를 제시한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권11호
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• pp.922-931
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• 2017

본 논문에서는 신규 방식의 발사관 덮개인 분리식 덮개의 설계과정과 해석 및 실험적 검증결과에 대하여 기술하였다. 발사관 덮개에 보편적으로 사용되고 있는 종래의 파열식 및 구동기 방식의 덮개의 단점을 극복하기 위하여 폭발볼트 및 스프링 레버를 이용한 분리식 덮개를 제안하였다. 분리식 덮개는 폭발볼트와 스프링 레버 구동시스템으로 단순하게 구성되어 있다. 첫 번째로, 수학적 모델에 의해 제시된 설계제원에 대하여 다물체 동역학 해석을 통하여 기계적 작동성능에 관한 검토를 실시하였다. 도출된 해석결과는 이후 초고속 카메라로 획득한 계측 결과와 잘 부합하였다. 또한 작동성능에 대한 설계인자별 영향을 파악하기 위한 경향분석이 수행되었다. 본 연구를 통해 구조적 단순성과 가격의 효율성을 보유한 신규방식의 발사관 덮개를 군수분야에 제시하는데 기여했다고 판단되며 특별히 다연장 발사관 시스템(MLRS)에 유용하게 적용될 것이라고 예상된다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제18권4호
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• pp.807-815
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• 2017

For liquid rocket engine(LRE)-based space launch vehicles, longitudinal instability, often referred to as the pogo phenomenon in the literature is predicted. In the building block of system-level task, accurate dynamic modeling of a fluid-filled tank is an essential. This paper attempts to apply the virtual mass method that accounts for the interaction of the vehicle structure and the enclosed liquid oxygen to LOX-filled tanks. The virtual mass method is applied in a modal analysis considering the hydroelastic effect of the launch vehicle tank. This method involves an analysis of the fluid in the tank in the form of mass matrix. To verify the accuracy of this method, the experimental modal data of a small hemispherical tank is used. Finally, the virtual mass method is applied to a 1/8-scale space shuttle external tank. In addition, the LOX tank bottom pressure in the external tank model is estimated. The LOX tank bottom pressure is the factor required for the coupling of the LOX tank with the propulsion system. The small hemispherical tank analysis provides relatively accurate results, and the 1/8-scale space shuttle external tank provides reasonable results. The LOX tank bottom pressure is also similar to that in the numerical results of a previous analysis.

• 한국추진공학회지
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• 제19권4호
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• pp.61-68
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• 2015

초임계 연소에 대한 기초연구로써 축소형 액체 로켓 엔진에서 기체산소/케로신, 기체아산화질소/에탄올 추진제 조합의 정상상태 연소의 분무를 관찰하고 비교하였다. 분무의 가시화에는 shadowgraph 기법을 사용하였으며 실험결과를 분석하기 위해 shadowgraph를 후처리하여 밀도구배강도 이미지를 사용하였다. 정상상태 연소압력이 동일한 조건에서 기체산소/케로신 추진제의 액체 제트 표면의 굴곡이 심하고 분사기 팁 근처에서 급격한 밀도구배를 보이는 것이 관찰되었다. 밀도구배강도의 평균 이미지에서 분무 중심 길이를 도출하였으며 더 낮은 운동량 플럭스 비 조건에서도 기체산소/케로신의 분무중심 길이가 더 짧은 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.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권2호
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• pp.93-102
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• 2016

본 연구에서는 고고도의 저압 환경을 모사하기 위한 CBD(Center Body Diffuser)의 시동특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. Center Body Diffuser의 형상을 다양하게 구성할 수 있도록 실험 장치를 설계/제작하여, 상온 유동 실험을 통해 CBD 형상에 따른 저압환경 구현 성능과 시동 특성을 관찰하였다. 실험 결과 센터바디의 수축각이 약 15도 일 때 시동압력이 가장 낮은 것을 확인하였다. 또한 디퓨저 입구부 길이($L_d/D_d$)가 감소할수록, 확산부 길이($L_s$)가 증가할수록 시동특성이 크게 향상되었다. 또한 디퓨저 입구부 길이($L_d/D_d$) 변화만을 통해 진공 챔버 압력을 조절할 수 있는 CBD만의 설비적 장점을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권7호
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• pp.805-811
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• 2010

체결류는 일반 제품을 설계할 때 널리 사용되며, 일반 부품에 비하여 표준화가 잘 되어 규격화 되어있다는 특징이 있다. 그래서 체결류를 설계할 때에는 먼저 수식을 사용하여 원하는 기능을 가진 체결류를 계산하고, 최종 사양은 규격에서 계산된 용량을 만족하는 것을 선택한다. 이 연구에서는 이러한 체결류 설계의 특징을 살리며 삼차원 CAD 시스템에서 편리하게 체결류 설계를 할 수 있는 시스템에 대한 연구를 수행하였다. 이 시스템에서 자동으로 설계하기에 적합한 체결류 형상을 정의하였으며, 체결류 설계에 필요한 설계 인자와 형상 치수를 규격에서 추출하여 데이터베이스를 구축하였다. 또한 체결류를 설계할 때 사용하는 설계식을 구현하여 설계식의 입력 인자와 출력 인자를 규격으로부터 추출한 데이터베이스 및 형상 치수와 연결시켰다.

• 한국추진공학회지
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• 제17권1호
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• pp.1-8
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• 2013

단일액체추진제 하이드라진 추력기는 간단한 구조, 우수한 추진제 저장성, 깨끗한 반응생성물 기체 등과 같은 장점으로 수많은 우주비행체의 궤도 및 자세제어시스템으로 적용되고 있다. 우주발사체의 자세제어시스템에 적용하기 위한 중형급 하이드라진 추력기가 설계 제작되었으며, 성능검증을 위해 수행된 개발모델 추력기의 지상연소시험 결과를 추력, 임펄스 비트, 그리고 엔진 구성품별 온도 및 압력 등을 통하여 제시한다. 개발모델 엔진은 매우 우수한 추력 응답성과 재현성을 보였고, 그 추력성능 효율은 이론설계치 대비 93% 이상임을 확인할 수 있었다.