• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권9호
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• pp.69-76
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• 2018

본 연구에서는 가스터빈 블레이드의 필름 냉각에서 45도 리브가 있는 냉각채널의 필름 홀 위치가 블레이드의 표면냉각 성능에 미치는 영향을 전산유체해석 기법을 통하여 분석하였다. 또한 냉각채널의 리브 유무의 영향을 동일 분사율에 대해서 고찰하였다. 수치해석 도메인은 3차원으로 구성하였고 상용코드(Fluent ver. 17.0)를 사용하여 정상상태 조건 하에서 수치해석을 진행하였다. 그 결과를 바탕으로 블레이드 표면에서의 냉각효율, 유속, 유선, 압력 계수를 비교 분석하였고 홀 위치의 변화가 리브 구조에 의해 유발되는 이차 유동의 토출에 미치는 영향을 고찰하였다. 수치해석 결과로부터 리브가 설치되어 있는 경우 냉각채널의 내부유동은 상부에서 반시계 방향 및 하부에서 시계 방향의 와류쌍을 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 리브가 있는 채널의 경우 리브에 의하여 발생한 와류유동이 홀 출구 부근에서 더 높은 압력 차이를 유발하여 리브가 없는 경우보다 최소 12% 이상의 높은 냉각 효율을 나타냈다. 또한 리브가 있는 채널 중에서 홀이 좌측에 위치한 경우(Rib-Left) 리브에 의하여 발생한 이차 유동이 홀 부근의 벽면에 부딪혀 홀 경사각 방향으로의 유동이 형성되는 것을 확인하였다. 블레이드 표면으로 토출된 냉각기체가 주 유동 경계층 내부에서 머무는 영역이 다른 케이스에 비하여 넓기 때문인 것으로 사료된다. 또한 이 경우 홀 출구 부근에서 가장 큰 압력 계수 차이를 나타내었고 이로 인하여 냉각기체의 토출이 촉진되어 냉각효율이 다소 증가하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제4권1호
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• pp.7-13
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• 2001

In developing a multistage compressor, the stage matching is one of the critical design issues. The mismatching can be often observed even if each stage has been proven good and then used as part of a compression system. A good matching among the stages can be achieved by changing various design parameters (i.e., passage cross sectional areas, blades angles, stagger angles, curvature, solidity, etc.). Therefore, designers need to find out what parameters must be changed and how much. In this study, a method to search the design parameters for optimum stage matching has been used based on an 1-D mathematical model of a compressor, which uses the data obtained from the preliminary test to identify the design parameters. This methodology is applied with a two-stage axial compressor, which was originally designed for a helicopter gas turbine engine. After identifying design parameters using preliminary test data, an optimization process has been employed to achieve the best matching between the stages (i.e., maximum efficiency of the compressor at its operation modes within a given range of the rotor speed under given restrictions for required stall margins and mass flow). 3-D flow calculations have been performed to confirm the usefulness of the corrections based on the 1-D mathematical model. Calculational results agree well with the experimental data in view of the performance characteristics. Some promising results were produced through the methodology proposed in this paper in conjunction with flow calculations.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권10호
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• pp.966-978
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• 2011

분출냉각은 높은 압력과 온도의 가혹한 환경에서 운용되는 고성능 액체로켓과 공기흡입엔진을 위한 가장 효과적인 냉각방법이다. 분출냉각이 적용되는 경우, 연소기 라이너와 터빈 블레이드/베인은 다공질 벽면을 통과하는 냉각재(공기 또는 연료)뿐만 아니라 차단막으로 작용하는 벽면을 빠져나온 냉각재에 의해 냉각된다. 이러한 냉각기술의 실용화는 가용한 다공질 재료의 부재로 인해 제한을 받아왔다. 그러나 금속결합 기술의 발전으로 확산접합과 식각된 얇은 금속판으로 제작한 Lamilloy$^{(R)}$와 같은 다층 기공 구조물이 개발되었다. 그리고 또한 경량 세라믹 매트릭스 복합재료가 개발됨에 따라 분출냉각은 근래 고성능 엔진 냉각을 위한 유망 기술로 여겨지고 있다. 본 논문에서는 분출냉각의 최근 연구동향 및 가스터빈, 액체로켓 및 극초음속 비행체 엔진에 이의 적용사례를 고찰하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권10호
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• pp.806-813
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• 2018

항공기 엔진을 구성하는 부품 중 하나인 블레이드의 파손에 대해 분석하였다. 블레이드의 파손원인과 그 거동은 다양하지만 크게 일시파단과 피로파손의 두가지 형태로 나뉘어진다. 이 논문에서는 전체 거동은 일시파단으로 진행되고 일부 피로 파손된 블레이드에 대해 기술하였고, 특히 고온에서의 블레이드 손상거동을 분석하므로써 사례의 하나로 제시하고자 한다. 분석한 블레이드는 니켈기 초내열 합금으로 외관, 재질, 미세조직, 고온 크리프 특성, 파단면 형상을 각각의 분석장비를 활용하여 손상원인과 거동을 확인하였고, 원재질에서 재현하였다. 고온에서 니켈 합금은 ${\gamma}^{\prime}$ 형상이 변형되고 조직변형(Alloy Depletion)구간이 관찰되며 재질의 기계적 성질, 물성치 등이 저하되고 연화되어 장시간 운용 시 파손될 수 있다. 니켈합금은 고온특성이 좋으나 함유되는 미량원소에 따라 그 물성치가 다양하므로 니켈합금이라 하여도 그 목적에 맞는 세분화된 소재를 사용해야한다.

• 한국세라믹학회지
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• 제54권4호
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• pp.292-297
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• 2017

${\beta}-SiAlON$, based on its high fracture toughness, good strength and low abrasion resistance, has been adopted in several industrial fields such as bearings, turbine blades and non-ferrous metal refractories. In general, ${\beta}-SiAlON$ is fabricated by reactive sintering using expensive $Si_3N_4$ and AlN as starting materials. On the other hand, in this study, a cheaper ${\beta}-SiAlON$ starting powder synthesized by SHS was employed to improve price competitiveness compared to that of the reactive sintering process. ${\beta}-SiAlON$ ceramics with various content of the sintering additive $Y_2O_3$ up to 7 wt% were fabricated by conventional pressureless sintering at $1800^{\circ}C$ for 2 to 8 h under $N_2$ pressure of 0.1 MPa. The specimen with 3 wt% $Y_2O_3$ exhibited the best mechanical properties: hardness of 14 GPa, biaxial strength of 830 MPa, fracture toughness of $5MPa{\cdot}m^{1/2}$ and wear rate of about $3{\times}10^{-6}mm^3/N{\cdot}m$.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권10호
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• pp.1155-1160
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• 2011

니켈기 초내열합금은 높은 강도, 피로 및 산화 저항성이 우수하여 비행기 엔진, 선박 엔진 및 발전용 가스터빈 고온 부품 등을 만드는 소재로 오래전부터 사용되어 왔다. 본 연구에서는 가스터빈 블레이드 소재인 니켈기 초내열합금 IN738LC에 대하여 실제 운전환경과 유사한 조건을 설정하여 다양한 변형률 범위와 온도에서 인장시험을 수행하였다. IN738LC 소재를 $871^{\circ}C$ 및 $982^{\circ}C$에서 각각 1,000 ~ 10,000 시간 동안 열 노출한 시편을 준비하여 기계적 특성 및 미세조직 변화를 관찰하였다. 기계적 특성 변화는 열 노출 시간에 따른 ${\gamma}$의 변화와 관련된 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권7호
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• pp.655-663
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• 2013

막냉각에 관한 많은 연구들은 주유동과 이차유로가 평행한 형태로 연구가 이루어졌다. 하지만 실제 터빈 블레이드에서 이차유로의 방향은 일반적으로 주유동의 방향에 수직한 형태이다. 그래서 본 연구에서는 이차유동의 방향이 이중분사 막냉각의 효율에 미치는 영향을 수치해석을 통해 알아보고자 한다. 분사율은 1, 2이고 횡방향 분사각은 $22.5^{\circ}$이다. 분사율이 1일 때 평행 형상에서는 안티키드니 와류가 잘 형성되어 막냉각 효율이 수직 형상의 경우보다 더 높다. 반면에 분사율이 2일 때 수직 형상의 막냉각 효율은 평행 형상보다 향상되었다. 많은 유량의 제트가 서로 반대 방향으로 분사되기 때문에 두 형상 모두 막냉각 효율이 높게 나타난다. 하지만 안티키드니 와류의 영향은 다른 분사율보다 상대적으로 작다.

• 한국습지학회지
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• 제22권2호
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• pp.121-129
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• 2020

본 논문은 자유수면을 가지는 와류유동 내 저낙차에서 마이크로 소수력에 관한 실험 연구이다. 내부 곡선 모서리가 있는 직선, 곡선, 비틀린 블레이드의 와류 높이, 터빈 회전 및 토크를 개수로 유입구의 유량 0.0069 ㎥/s 조건에서 측정하였다. 실험결과로서 최적의 와류 강도는 와류 발생부의 외부직경과 유출구 직경 비율 0.17~18.5 범위에서 발생했다. 직선 블레이드 출력과 효율은 다른 블레이드와 비교하여 높게 나타났다. 가장 높게 생성된 에너지는 12.33 W이고, 토크는 0.91 N·m이다. 유효낙차를 고려한 경우 가장 높은 효율은 29.5 %인 반면 와류 높이를 고려한 가장 높은 효율은 회전수 132 rpm에서 80.5 %이다. 직선 블레이드의 와류 유속은 개수로 유입구의 평균 유속보다 약 2.8배 더 크게 나타난다.

• 한국재료학회지
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• 제10권2호
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• pp.128-137
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• 2000

가스터빈 블레이드 재료로 사용되는 IN738LC 니켈기 초합금 주조재에 대하여 고온등압압축(HIP) 공정에 의한 미세조직 변화와 고온 피로수명에 미치는 영향을 조사하였다. 세부적으로 HIP 처리에 따른 주조결함 제거와 피로변형 열화재의 물성재생효과 확인에 중점을 두었으며, 이를 위하여 회전굽힘 피로시험을 실시하고 변형전후의 미세조직을 광학 및 주사전자현미경으로 관찰하였다. HIP 처리 전후의 미세조직과 피로수명을 비교, 평가한 결과, 주조재와 열처리재의 피로수명 차는 크지 않았으나 HIP 처리재의 피로수명은 이들과 비교하여 평균 60배 이상 증가한 것으로 나타났다. 또한 인위적으로 고온 피로변형을 가한 열화재를 대상으로 반복 HIP 처리한 결과, 열화 변형조직이 신재 상태로 거의 완전히 재생될 뿐만 아니라, 재료내에 미세하게 잔존하던 주조결함까지 부가적으로 제거됨에 따라 반복 HIP 처리에 의한 피로수명 연장 효과가 크게 나타났다.

• 한국재료학회지
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• 제25권11호
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• pp.636-641
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• 2015

Titanium has many special characteristics such as specific high strength, low elastic modulus, excellent corrosion and oxidation resistance, etc. Beta titanium alloys, because of their good formability and strength, are used for jet engines, and as turbine blades in the automobile and aerospace industries. Low cost beta titanium alloys were developed to take economic advantage of the use of low-cost beta stabilizers such as Mo, Fe, and Cr. Generally, adding a trace of boron leads to grain refinement in casted titanium alloys due to the pinning effect of the TiB phases. This study analyzed and evaluated the microstructural and mechanical properties after plastic deformation and heat treatment in boron-modified Ti-2Al-9.2Mo-2Fe alloy. The results indicate that a trace of boron addition made grains finer; this refinement effect was found to be maintained after subsequent processes such as hot forging and solution treatment. This can effectively reduce the number of required manufacturing process steps and lead to savings in the overall cost as well as low-cost beta elements.