• Tribology and Lubricants
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• 제35권5호
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• pp.300-309
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• 2019

Gas foil thrust bearings (GFTBs) support axial loads in oil-free, high speed rotating machinery using air or gas as a lubricant. Due to the inherent low viscosity of the lubricant, GFTBs often have super-laminar flows in the film region at operating conditions with high Reynolds numbers. This paper develops a mathematical model of a GFTB with turbulent flows and validates the model predictions against those from the literature. The pressure distribution, film thickness distribution, load carrying capacity, and power loss are predicted for both laminar and turbulent flow models and compared with each other. Predictions for an air lubricant show that the GFTB has high Reynolds numbers at the leading edge where the film thickness is large and relatively low Reynolds numbers at the trailing edge. The predicted load capacity and power loss for the turbulent flow model show little difference from those for the laminar flow model even at the highest speed of 100 krpm, because the Reynolds numbers are smaller than the critical Reynolds number. On the other hand, refrigerant (R-134a) lubricant, which has a higher density than air, had significant differences due to high Reynolds numbers in the film region, in particular, near the leading and outer edges. The predicted load capacity and power loss for the turbulent flow model are 2.1 and 2.3 times larger, respectively, than those for the laminar flow model, thus implying that the turbulent flow greatly affects the performance of the GFTB.

• 한국추진공학회지
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• 제15권3호
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• pp.1-8
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• 2011

고농도 과산화수소를 이용하는 1,200 N 급 이원추진제 로켓 엔진 개발을 위한 기존 연구와 더불어, 특성길이의 영향 및 추력 측정을 통한 실질적인 성능을 평가하였다. 특성길이는 0.95, 1.07과 1.20 m, 총 3가지 경우에 대하여 실험을 수행하였으며, 특성길이의 증가에 따라 $C^*$ 효율 및 Isp 효율 모두 증가함을 확인하였다. 설계 당량비에서의 최대 $C^*$ 및 Isp 효율은 각각 98.4%와 93.1%로 측정되었다. 엔진성능 평가 결과를 바탕으로 분해된 과산화수소를 이용한 엔진에서의 최적 특성길이를 제안하고, 설계 당량비에서의 추력 및 비추력 효율을 이용하여 진공에서의 엔진성능을 예측하여 보았다. 그 결과, 지상 218.4 s, 진공 253.3 s의 비추력과, 진공 추력 1035.3 N의 성능을 예상할 수 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권12호
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• pp.109-116
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• 2005

재생냉각형 액체로켓 연소기의 냉각채널 설계에 대한 탄-소성 구조설계를 수행하였다. 구조해석에 필요한 데이터를 얻기 위하여 여러 가지 온도에서 재생냉각 챔버 제작에 사용하는 구리합금의 단축인장시험을 수행하였다. 재료시험 결과 구리합금은 브레이징 공정 후에 연화되어 강도 값이 매우 저하되며 온도가 증가함에 따라 유동 응력 값이 더 작게 나타났다. 재료시험 데이터를 이용하여 냉각채널의 구조해석을 수행한 결과 채널 내부 냉각유체에 의한 내부압력보다 고온의 연소가스에 의한 열 하중에 의하여 채널의 변형이 심하게 발생함을 확인하였다. 따라서 기계적인 하중을 견딜 수 있는 한도 내에서 냉각채널의 두께를 감소시켜 열 하중을 최소화함으로서 연소기의 무게 감소, 냉각성능 향상, 그리고 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권4호
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• pp.304-310
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• 2015

핀틀추력기는 추력조절을 위해 노즐목면적을 조절하는 핀틀 스트로크 개념을 사용한다. 충남대학교에서 수행한 공압시험용 핀틀추력기에 대해 MATLAB을 사용하여 1-D 시뮬레이션 성능예측 기법을 연구하였고 전산수치해석과 1-D 시뮬레이션을 수행하여 결과를 비교하였다. 일차원 유동이론에 근거한 성능예측결과는 챔버압력에 대해 경향성 뿐만 아니라 계산값까지 유사한 것을 확인하였지만, 노즐벽면의 박리로 인해 추력에 대해서는 오차가 존재하였다. 수치해석 결과로 모든 핀틀 스트로크 구간에서 노즐의 확장부 부분의 설계 노즐목 부근에서 유동박리가 발생하는 것을 확인하였다. 엠피리컬(Empirical) 추력예측 법은 노즐벽면의 박리를 포함하며, 1-D 엠피리컬 시뮬레이션은 초기 핀틀 스트로크 구간에서 추력을 잘 예측하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제10권4호
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• pp.40-46
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• 2006

저궤도 위성 발사체에 적용 가능한 추력 30 tonf급의 연소기가 설계/제작되어 전반적인 연소 시험이 이루어졌다 터보 펌프식 개방형 사이클에 적용 가능한 재생냉각형으로 제작된 본 연소기는 초기 연소성능 및 기능 검증을 위해 내열재 방식의 연소실을 이용하여 연소 시험을 수행하였다. 설계 조건을 중심으로 넓은 작동 구간에서 본 연소기는 안정된 연소 특성을 보였다. 연소기의 물리적 손상 또한 발생하지 않았으며, 만족할 만한 기능적 특성을 나타내었다. 연소기의 성능은 연소 효율이 95%, 그리고 지상 비추력이 254초로 초기 설계 대비 초과 내지는 동등 수준의 결과를 보였다.

• 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.

• 한국추진공학회지
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• 제21권3호
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• pp.1-9
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• 2017

노즐 목 내부형 핀틀추력기에서 핀틀 행정거리가 추력기 성능에 미치는 영향에 대해 전산수치해석 연구를 수행하였다. 해석결과 핀틀 행정거리가 증가함에 따라 추력조절비는 2% 이내였고, 공력하중비는 최대 22%로 확인되었다. 노즐 목을 지난 유동이 핀틀의 형상으로 인해 급격히 팽창하며 충격파가 발생하였다. 특히, 핀틀 행정거리 4, 5 mm에서는 충격파가 노즐 벽면에 부딪치며 박리거품이 발생하였다. 고도에 따라서는 추력은 증가하였고 공력하중은 감소하였지만, 그 차이가 1.5% 이내로 작았다. 보어가 있는 경우 핀틀 팁의 면적 감소로 공력하중이 감소하는 결과를 보였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2004년도 제22회 춘계학술대회논문집
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• pp.734-741
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• 2004

Boundary layer ingestion in airframe-integrated scramjet engines causes engine stall (“engine un start” hereafter) and restricts engine performance. To improve the unstart characteristics in engines, boundary layer bleed and a two-staged injection of fuel were examined in Mach 4 and Mach 6 engine tests. A boundary layer bleed system consisting of a porous plate, an air coolers, a metering orifice and an ON/OFF valve, was designed for each of the engines. First, a method to determine bleed rate requirements was developed. Porous plates were designed to suck air out of the Mach 4 engine at a rate of 200 g/s and out of the Mach 6 engine at a rate of 30 g/s. Air coolers were then optimized based on the bleed airflow rates. The exhaust air temperature could be cooled below 600 K in the porous plates and the compact air coolers. The Mach 4 engine tests showed that a small bleed rate of 3% doubled the engine operating range and thrust. With the assistance of two-staged fuel injection of H2, the engine operating range was extended to Ф0.95 and the maximum thrust was tripled to 2560 N. The Mach 6 tests showed that a bleed of 30 g/s (0.6% of captured air in the engine) extended the start limit from Ф0.48 to Ф1 to deliver a maximum thrust of 2460 N.

• 한국추진공학회지
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• 제24권1호
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• pp.34-46
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• 2020

직사각형 초음속 노즐의 3차원 역유동 추력벡터 제어 시스템에 대한 공기역학적 특성을 조사하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 이 초음속 노즐은 특성곡선법에 의하여 설계되었으며, 그 설계 마하수는 2.5이다. 2차 유동 덕트의 갭 높이를 변수로 하여 역유동 추력벡터 제어 시스템의 성능을 조사하였다. 상부 흡입 칼라의 중심선을 따르는 정압 분포, 편향각, 2차 질량유량비 및 합성 추력계수와 같은 주요 매개변수가 정량적으로 분석되었다. 또한 전체 유동장의 특성을 알아보기 위하여 대칭 평면에서의 유선, 3차원 등마하수분포 및 3차원 난류에너지분포를 조사하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제58권3호
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• pp.158-166
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• 2021

In this paper, a numerical analysis technique using a body force model is investigated to estimate the available net thrust of multi-pod-driven ice-breaking vessels under bollard pull and overload conditions. To employ the body force model in present flow simulations, drag and thrust components acting on the pod unit are calculated by using Propeller Open Water (POW) test data. The available net thrusts according to the direction of operation are evaluated in both bollard pull and overload conditions under deep water. The simulation results are compared with the model test data. The available net thrusts, calculated by the present analysis for ahead operating modes at 3~6 knots which are typical speeds of the target vessel in arctic field, are agreed well with the model test results. It is also found that the present result for astern operating mode appears approximately 6 % larger than the model test result. In addition, the available net thrusts are calculated under the both operating conditions accompanied by shallow water effects, and the main cause of the difference is studied. Based on the result of the present study, it is confirmed that the body force model can be applied to the performance evaluation of multi-pod propulsion system and the main engine selection in early design stage of the vessel.