A pyrogen igniter was designed to satisfy the required condition of kick motor system for the space launch vehicle. We analyzed the ignition characteristics and performed the combustion tests to verify the internal ballistic performance. In the design process, the arc-image test was carried out to find the sufficient heat flux as varying the initial pressure from 10 to 700kPa. The analysis indicated that the initial pressure condition would delay ignition time within a range from 100 to 500ms. The combustion test with an inert chamber was also performed to understand the ignition characteristics with the variation of the initial pressure of free chamber volume. Finally, we confirmed that the igniter could provide the acceptable energy to ignite the propellant of kick motor at the ground test. The result of the ground tests showed that the ignition delay time was within the design range at the atmospheric pressure condition.
고고도 조건에서 슬링거 연소기의 점화특성을 파악하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 점화실험은 실형 연소기 리그와 고고도 조건을 모사할 수 있는 엔진고공환경 시험설비(KARI-AETF)를 이용하여 수행되었으며, 회전식 연료노즐을 가진 슬링거 연소기의 특성을 고려하여 고도 변화와 함께 연료노즐의 회전수를 변화시켜가며 점화한계를 측정하였다. 결과를 통하여 점화에 영향을 미치는 인자 중 연소기 압력과 공기온도, 연료온도의 영향을 살펴보았는데, 고도가 높아질수록 즉, 압력과 온도가 낮아질수록 점화한계가 축소되는 경향을 확인하였고, 특히 연료노즐 회전속도가 고고도 점화성능을 향상시킬 수 있는 인자임을 재확인 할 수 있었다. 또한, 고고도 점화에서는 점화를 위한 최소 회전수가 해면고도에 비해 $66\%$ 이상 증가되어야 함을 확인하였다.
가스터빈 슬링거 연소기의 연소특성을 연구하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 연소실험을 위한 시험리그를 제작하여 한국항공우주연구원의 연소시험설비에 설치하였다. 점화성능 시험결과 점화한계에 영향을 주는 두개의 중요한 인자를 발견할 수 있었다. 첫 번째는 연료노즐의 회전수이고, 두 번째는 질량유량이다. 좋은 점화성능을 가지기 위해서는 연료노즐의 회전속도와 공기유량을 증가시킴으로서 가능하다. 연소성능 시험결과 연소효율은 99.6%, 패턴 팩터는 15%, 프로파일 팩터는 3%로 측정 되었다. 연구결과 슬링거 연소기의 점화와 연소특성은 기존의 환형 연소기에 비하여 상당한 차이점을 가지고 있음을 알 수 있었다.
A cylindrical-shape, horizontal furnace was used to investigate the effect of particle size on the pulverized coal combustion behavior. Three differently-sized fractions (5, 30, and 44 microns in average diameter) of high-volatile bituminous coal, were burned in the test furnace. Ignition characteristics of pulverized coal flame were determined through the amount of methane in the carrier gas for the self-sustaining flame. Easiest ignition occurred with the immediately-sized coal particles. Ignition of coal jet flame appeared to occur through a gas-phase homogeneous process for particles larger than 30 microns. Below this limiting size, heterogeneous process probably dominated ignition of coal flame. Oxygen concentration of combustion air was varied up to 50%, to determine the oxygen-enrichment effect on the coal ignition behavior. Oxygen enrichment of primary air assisted ignition behavior of pulverized coal flame. However, enrichment of secondary air didn't produce any effect on the ignition behavior.
본 논문은 실내사격장 화재 원인에 대한 조사를 위하여 권총 사용에 따른 화약잔사 양에 대한 실측 및 발화특성에 관하여 연구하였다. 화약잔사 양은 구경 0.38인치 권총 및 구경 9mm 권총을 사용하였으며, 사대 및 바닥면에 떨어지는 화약잔사를 측정하였다. 화약잔사에 대한 발화특성 평가를 위하여 충격감도, 정전기감도, 마찰감도 및 발화점 시험을 실시하였으며, 비교 평가에는 권총에 일반적으로 사용되는 사용전의 화약(ball powder)을 이용하여 화약잔사와 동일한 시험을 실시하였다. 실험결과 충격감도 및 마찰감도는 화약잔사에서 다소 높게 측정되었으며, 발화점 시험에서는 화약잔사가 비교대상인 사용전의 화약에 비해 낮은 온도에서 발화되는 특성을 나타내었다.
별도의 점화원 없이 스스로 점화가 가능한 접촉점화 추진제는 부식성과 독성으로 인하여 취급의 어려움이 있다. 따라서 독성이 적거나 없는 친환경 접촉점화 추진제의 개발이 필요하며, 본 연구에는 친환경 접촉점화 추진제의 기초 연구를 수행하였다. 산화제로 95%의 과산화수소, 연료로 CNU_HGFv1를 사용하였으며 액적 낙하 시험, 점화 시험 및 연소 시험을 통하여 추진제의 점화 및 연소 특성을 확인하였다. 액적 낙하 시험 결과 점화지연 시간은 9.7ms 이며, 점화시험에서는 약 27ms로 추진제로 사용하기에 충분히 빠른 것을 확인하였다. 연소시험 결과 약 11.7bar에서 연소 효율 95.4~98.1%를 달성하였으며, 하드스타트 및 연소 불안정 없이 빠르고 안정적인 연소가 가능함을 확인하였다.
한국항공우주연구원에서는 30톤급 액체로켓엔진 연소기 개발 기술을 바탕으로 설계 제작된 75톤급 기술검증시제의 수류시험 및 점화시험을 수행하였다. 수류시험을 통해 시험설비 공급라인의 수력학적 특성 및 냉각 케로신 충전시간을 파악하였다. 수류시험 결과로 점화절차를 결정하여, 점화시험을 성공적으로 수행하였다. 점화시험을 통해 획득한 자료와 시험 기법은 향 후 연소시험을 위해 활용될 것이다.
Aero gas turbine engines must demonstrate their ability to be ignited on ground conditions or relighted in flight. The electric spark ignition is usually used in current aero gas turbine engines. Experiments on ignition characteristics relating to spark igniter penetration depth under atmospheric pressure and temperature conditions were conducted on the model combustor which is scaled in 1/18. Exciter was operated during 2 seconds, and successful ignition phenomena were confirmed by the pressure rising sharply in combustor. In addition, instantaneous ignition images were captured by a high-speed camera. It showed kernel propagation and successful ignition events in the sector model combustor. Ignition test results showed that ignition limit with increase in penetration depth of the igniter plug was wider. When the penetration depth of the igniter plug increased under the same fuel injection pressure condition, successful ignition events were obtained in higher differential pressure conditions between inlet and outlet of the combustor. The results demonstrate that the ratio of the combustible mixture, which is exposed to the high temperature environment around the igniter plug tip, increases. Thereby affect the combustor ignition performance.
탄화수소 계열의 점화원과 달리 선행 연구된 스팀 플라즈마 점화기를 이용한 알루미늄 분말의 지속 연소 성공을 바탕으로, 고온의 플라즈마를 이용한 알루미늄 분말의 점화 특성을 알아보기 위해 산화제가 없는 환경을 조성하여 점화 특성 확인 실험을 수행하였다. 아르곤 플라즈마를 이용하여 이전의 연소 실험과 동일한 4500 K의 온도 조건 및 이송 가스를 이용한 입자 공급 조건을 조성하여 실험을 수행하였으며, 플라즈마의 온도는 방출분광법을 사용하여 측정하였고 점화 특성은 SEM 촬영과 EDS 분석을 통해 비교 분석하였다. 고온의 플라즈마 제트 내부를 통과한 알루미늄 분말은 탄화수소 계열의 점화원과 다르게 급격한 기화로 인한 점화 촉진 효과를 확인 할 수 있었다.
한국형 발사체용 액체로켓엔진을 개발하기 위한 75톤급 연소기 기술검증 시제를 제작하여 수류시험 및 점화시험을 수행하였다. 기존의 연소기에 새롭게 도입된 기술인 점화, 막냉각, 산화제 선공급방식을 반영하기 위해 시험설비를 수정 및 개량하였다. 산화제 및 연료 수류시험을 통해 공급라인, 점화기 라인, 연소기의 수력학적 특성, 추진제 충전시간을 파악하여 점화순서를 결정하였다. 점화 cyclogram을 통해 점화기의 점화시험을 성공적으로 수행하였으며, 향후 연소시험을 위한 기초 자료를 습득하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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