• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.583-586
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• 2017

마이크로 터보제트엔진을 이용하여 S형상 배기노즐의 플룸의 적외선 신호 특성을 이해하기 위하여 적외선 신호 특정 연구를 수행하였다. 엔진 배기노즐은 원형노즐과 가로세로비가 5인 사각형 노즐 그리고 가로세로비가 5.2인 S형상의 배기노즐을 제작하여 실험을 수행하였다. 배기가스에서 방출되는 적외선 신호는 가로세로비가 클수록 적외선 신호의 크기가 점차 감소하는 경향을 보였고 배기노즐의 형상이 S형상의 경우 사각형 노즐 보다 적외선 신호가 28.4% 감소하는 것을 확인하였다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2009년도 춘계학술발표대회
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• pp.38.2-38.2
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• 2009

마이크로노즐은 우주공간에서 인공위성의 자세를 바로잡는 데 필요한 마이크로 로켓에 들어가는 필수적인 부품이다. 마이크로 노즐은 또한 나노입자 적층 시스템(nano-particle deposition system, NPDS)에 들어갈 수 있다. NPDS는 세라믹 또는 금속 나노분말 입자를 노즐을 통해 초음속으로 가속시킨 뒤 상온에서 이를 기판에 적층시키는 새로운 시스템이다. 본 연구의 목표는 NPDS에 쓰이는 노즐을 일반적인 반도체 공정을 이용하여 마이크론 스케일의 목을 갖도록 한 마이크로노즐을 제작하는 데 있다. 보쉬 공정은 이러한 마이크로노즐을 제작하는데 필수적인 공정으로, 유도결합플라즈마를 이용해 실리콘 웨이퍼를 식각시키는 기술을 말한다. 보쉬 공정에 사용되는 플라즈마 기체는 $SF_6$와 $C_4F_8$인데, 이 두 가지 기체를 번갈아가면서 사용하여 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각하는 것이 그 특징이다. 보쉬 공정에는 다양한 변수가 존재하며 이를 적절히 통제하면 마이크로노즐에 적합한 프로파일을 실리콘 웨이퍼 내에 형성시킬 수 있다. 본 연구에서는 보쉬 공정을 이용하여 3차원 마이크로 노즐을 제작하였다. 기존에 반응성이온식각(deep reactive ion etching, DRIE) 공정을 통해 마이크로노즐을 제작한 사례가 많이 보고되었지만 이들은 모두 2차원적으로 마이크로노즐을 제작하였다. 2차원적으로 제작한 마이크로노즐은 마이크로 로켓에 주로 사용되었지만, 초음속으로 가속된 분말이 노즐의 형상으로 인한 유체 흐름의 불안정성 때문에 NPDS에서는 오래도록 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 그러므로 본 연구에서는 마이크로노즐을 3차원 형상으로 제작함으로써 이러한 문제점을 해결하고자 하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제13권1호
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• pp.10-18
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• 2009

본 연구에서는 평행 벽 제트-노즐 형상의 막냉각 수치해석에 적합한 난류모델을 선정하고자 하였다. 현재 실험을 하기 위한 전 단계이므로, 먼저 유사한 참고 형상에 대해 Standard $k-{\epsilon}$ 모델과 RNG $k-{\epsilon}$ 모델, SST $k-{\omega}$ 모델, 그리고 RSM 모델 등 다양한 난류모델을 적용하였고, Near-wall 처리 방법으로서 SST $k-{\omega}$ 모델을 제외하고는 Standard wall functions와 Enhanced wall functions 등 2종류를 각각의 모델에서 사용하였으며, 실험값과 비교하여 보다 적합한 난류모델을 선정하고자 하였다. 나아가 2차원 축대칭으로 평행 벽 제트-노즐 단일 슬롯 형상에 대해 기선정한 난류모델을 적용하여 막냉각 특성을 살펴보았다. 유사 참고 형상에 대한 해석 결과 Standard $k-{\epsilon}$ 모델 및 RSM 모델이 거의 비슷한 성능을 보여주었으나 수렴성이 우수한 Standard $k-{\epsilon}$ 모델이 선정되었다. 또한 Standard wall functions를 사용하는 것보다 Enhanced wall functions를 사용하는 것이 더 좋은 결과를 보여주었다. 나아가 평행 벽 제트-노즐 단일 슬롯 형상에 적용한 결과 물리적으로 타당한 막냉각 특성을 보여주었다. 선정된 모델 및 해석방법론을 이용하여 평행 벽 제트-노즐 다단 슬롯 형상에 대한 막냉각 해석을 수행할 예정이며, 관련 결과는 추후 실험 예비해석 방법론으로 활용할 예정이다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권3호
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• pp.42-55
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• 2021

본 연구에서는 중심선 방정식 선정에 따른 노즐 성능 영향성을 확인하고자 하였다. 곡선 방정식과 설계 형상 파라미터를 활용하여 S-형 노즐 3조와 Double S-형 노즐 3조를 설계하였고 노즐 차폐 성능은 차폐율 정의를 이용하여 평가하였다. 그리고 내부 유동을 분석하기 위해 속도 분포도와 압력분포도로 특성을 연구하였고, 노즐 성능 계수로는 총 추력 비(f)와 노즐 단열 효율계수(η)를 통해 노즐의 성능을 평가하였다. 중심선에 따른 S-형 노즐의 성능 영향성을 분석한 결과 출구에서 급격한 곡률 변화가 있는 중심선은 노즐 성능이 우수한 반면 차폐율이 낮은 특징이 있다. 반면에 입구에서 급격한 곡률 변화가 있는 중심선은 노즐 성능이 낮아지고 차폐율이 높은 특징이 있다. Double S-형 노즐은 첫 번째 곡률에서 완만한 특징을 보이는 중심선을 사용하는 것이 노즐 성능과 차폐율이 우수하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제12권2호
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• pp.8-14
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• 2008

고체 추진기관은 높은 비추력, 운용 안전성, 설계/제작하기가 쉽다는 장점이 있으나 추력 크기를 조절할 수 없다. 본 논문에서는 고체 추진기관의 추력을 조절할 수 있는 핀틀 노즐성능에 대한 연구로 Needle형 핀틀을 사용하여 수행한 공압 시험결과와 수치해석 결과를 수록하였다. 연구의 결과, 핀틀 노즐의 추력성능과 추력변화 범위는 핀틀 팁의 형상과 노즐의 Contour형상에 크게 의존하기 때문에 핀틀 팁의 형상과 노즐의 Contour형상은 중요한 설계 변수임을 알 수 있었고 특히, 시험에 적용된 Needle형 핀틀 노즐의 성능은 기존 노즐 대비 약 13%의 추력상승이 예측됨을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2007년도 제28회 춘계학술대회논문집
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• pp.289-294
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• 2007

고체 추진기관은 높은 비추력, 운용 안전성, 설계/제작하기가 쉽다는 장점이 있으나 추력 크기를 조절할 수 없다. 본 논문에서는 고체 추진기관의 추력을 조절할 수 있는 핀틀 노즐성능에 대한 연구로 Needle형 핀틀을 사용하여 수행한 공압 시험결과와 수치해석 결과를 수록하였다. 연구의 결과, 핀틀 노즐의 추력성능과 추력변화 범위는 핀틀 팁의 형상과 노즐의 Contour형상에 크게 의존하기 때문에 핀틀 팁의 형상과 노즐의 Contour형상은 중요한 설계 변수임을 알 수 있었고 특히, 시험에 적용된 Needle형 핀틀 노즐의 성능은 기존 노즐 대비 약 13%의 추력상승이 예측됨을 알 수 있었다.

• 동력기계공학회지
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• 제14권2호
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• pp.22-27
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• 2010

본 논문은 유한체적법에 근거한 CFD 분석기법을 이용하여 증기 이젝터의 성능에 대하여 구동노즐의 기하학적 형상에 따른 영향을 조사하였다. 구동노즐의 직경비를 변화시키고 또한 직경비를 일정하게하고 구동 노즐의 위치를 변화시키면서 최적의 조건을 조사하였다. 연구 결과 이젝터의 성능은 구동노즐의 직경과 노즐의 출구 위치에 의해 좌우됨을 확인하였다. 일정 노즐 면적비에 대하여 노즐 목 직경이 감소함에 따라 혼입율이 증가하는 것을 확인하였고 일정 노즐 목 직경에 대하여 면적비의 증가는 혼입율의 감소의 원인이 된다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 혼입율은 노즐의 출구 위치에 따라 영향을 받는다는 것도 확인하였다. 혼입율은 노즐 출구의 위치가 이젝터의 상류로 이동할수록 증가하고 그 위치는 이젝터의 일정단면적부 직경(D)에 대하여 0.4D일 때 최적의 성능을 보였다.

• 한국추진공학회지
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• 제6권2호
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• pp.1-7
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• 2002

추진기관은 노즐을 통해 추력을 발생하며 축소-확대 형상의 초음속 노즐에서는 노즐의 설계 팽창비가 내부 유동의 전압력과 배압의 압력비보다 매우 클 때 충격파의 발생과 함께 경계층 박리를 유발한다. 노즐 내부에서의 충격파 발생과 유동의 박리는 주어진 유동의 압력비에 가장 적합한 노즐형상을 구현하는 것으로 실제의 구조적 노즐의 형상보다 짧은 노즐에서 나타나는 유동과 같은 현상을 보인다. 수치 해석적 방법으로 고정된 형상의 2차원 노즐 내부의 충격파와 경계층 박리 현상에 관한 연구를 수행하였고 Hunter가 행한 실험적 연구와 비교하였다. 수치해석은 TVD 기법을 이용한 압축성 유체 해석 코드와 SST 2방정식 난류 모델을 이용하여 수행되었다. 낮은 압력비에서의 충격파와 경계층과의 상호작용에 의한 $\lambda$형태의 충격파 시스템을 잘 보여주고 있고 추력 값의 비교를 통해 고정된 형상의 노즐을 이용하여 필요한 운용범위를 충족할 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.34-39
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• 2005

본 논문에서는 3차원 초음속 노즐 형상 변수에 따른 부분입사형 터빈의 유동 및 성능 특성을 알아보기 위하여 3차원 노즐 형상 변수를 노즐 모양 및 노즐 출구 단면 형상으로 설정하여 전산해석을 실시하였다. 먼저 노즐 모양에 따른 유동 및 성능 특성을 비교해 본 결과, 사각형 노즐이 원형 노즐보다 축방향 간극내에서 발생하는 전압력 손실이 적었으며, 이로 인하여 파워가 약 1.5% 증가하였다. 다음으로 사각형 노즐출구단면의 면적에 따른 유동 및 성능 특성을 비교해 본 결과, 노즐 출구 단면과 로터의 hub/tip 사이의 간극과 노즐간의 간격이 터빈 성능에 크게 영향을 줌을 확인할 수 있었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권7호
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• pp.939-944
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• 2018

청정소화약제는 지구오존층 보호를 위해 발효된 몬트리올 의정서에 따라 할론 1211 및 할론 1310을 대체할 수 있는 약제를 말한다. 국 내외적으로는 청정소화약의 시스템 표준화와 성능평가가 수행되고 있다. 본 논문은 일반적인 청정소화약제 시스템을 바탕으로 다양한 노즐의 형상에 대한 모델링 및 수치해석을 수행하여 최적의 노즐 형상을 제안하였다. Type A와 B의 2가지 형상에 대한 노즐의 3차원 모델링을 통해 노즐의 분출속도가 개선될 수 있도록 하였다. 2가지 형상의 노즐에 대하여 유동해석을 실시하였으며 노즐의 홀 직경을 다르게 하여 가스속도 및 압력분포를 측정하였다. 측정결과 노즐 홀 수 및 직경에 따라 노즐출구에서 분출속도가 달라지는 것을 확인 할 수 있었으며 노즐 홀 직경에 관계없이 유량은 압력이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 실험을 통해 얻어진 결과를 바탕으로 노즐 직경이 5 mm인 경우의 K-factor값이 $101.8l/min{\cdot}bar^{-0.5}$임을 확인하였으며, 최종적으로 노즐 홀 5 mm인 12개의 홀이 2층 구조로 되어 있는 형상의 노즐을 제안하였다.