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공기가열히터와 모사추진제를 이용한 덕티드 로켓의 연소실험기법
김수종(Soojong Kim),Benveniste Natan 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
덕티드로켓 개발과정에서 검토해야 할 성능, 설계 변수를 도출하는데 유용한 모사 실험장치와 실험기법에 대해 기술하고, 유용성을 검토하였다. 고공 비행환경을 모사하기 위해 직접연결식(directconnect type) 실험장치를 구성하였으며, 실험장치는 연소식 공기가열히터, 연료농후가스를 생성하는 가스발생기, 실험 정밀도와 편의성을 제공하기 위한 모사추진제 공급장치, 직접연결식 공기공급장치, 고압으로 압축 저장된 공기를 블로우 다운(blow down) 방식으로 공급하기 위한 공기압축기와 고압용기로 구성된다. 고안된 실험장치와 실험기법은 덕티드로켓의 농후연소가스와 흡입공기 상호간의 공기-열역학적 특성 분석, 연소실 및 공기흡입구 형상설계에 유용하게 활용될 것으로 판단된다. The experimental methods to determine the design and performance parameters in the development process of a ducted rocket were described, and the availability of experimental setup and methods was examined. Experimental setup of the direct-connect type to simulate the flight conditions of the high speed and high altitude was developed. It is composed of vitiated air heater, gas generator, feeding system of propellant simulant, air feeding system using a direct-connect type, air compressor and high pressure tank to feed by the blow down method. Experimental setup and methods, which are presented in this study, can be effectively used for the analysis of aerothermodynamic characteristics on the interaction between fuel-rich exhaust gas and incoming air, and design of combustor and air inlet shapes.
하이브리드 로켓에서의 고체연료의 국부 후퇴율에 관한 연구
김수종,이정표,김기훈,조정태,김학철,우경진,문희장,성홍계,김진곤,Kim, Soojong,Lee, Jungpyo,Kim, Gihun,Cho, Jungtae,Kim, Hakchul,Woo, Kyoungjin,Moon, Heejang,Sung, Hong-Gye,Kim, Jin-Kon 항공우주시스템공학회 2008 항공우주시스템공학회지 Vol.2 No.4
In generally, the regression rate was expressed with average value and oxidizer mass flux in hybrid propulsion system. This can not represent the local value of regression rate along with oxidizer flow direction. In this study, experimental studies were performed with Separation method and Cutting method for measure local regression rate. In axial injection, the local regression rate decreases rapidly with axial location near entrance and increases with axial direction from the leading edge and the empirical formula for local regression rate with function of oxidizer mass flux and location was derived. Swirl injection regression rate has higher value at the leading edge of the fuel and comparatively uniform regression rate at the downstream. Overall regression rate of swirl injection is higher increased about 54 % than regression rate of axial injection.
용융성 고체 연료를 사용한 하이브리드 로켓의 연소 불안정 특성 연구
김수종(Soojong Kim),김학철(Hakchul Kim),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),김진곤(Jinkon Kim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
본 연구에서는 빠른 후퇴율을 갖는 용융성 고체연료를 사용한 연소 실험을 수행하여 연소 중 압력 진동 특성을 분석하고 연소 불안정의 위해성을 검토하였다. 빠른 후퇴율을 가지는 용융성 고체연료는 기존의 폴리머계 연료에 비해 압력 진동의 진폭이 증가하였다. 그러나 연료 그레인 내부 직경의 증가가 연소실 압력 진동의 증폭을 제한하여 급격한 연소 불안정은 거의 일어나지 않았다. 축방향 인젝터를 사용하는 경우 연료 연소량의 큰 증가와 예연소실에서의 와류 진동이 큰 압력 진동을 유발하였다. In this study, combustion tests using liquefying fuels with fast regression rate were performed. The chamber pressure oscillation was analyzed and hazards of combustion instabilities were examined. In case of Liquefying fuel with fast regression rate, the amplitude of chamber pressure oscillation was increased compared to the polymeric fuels. However, the critical combustion instability can hardly occur in liquefying fuel. This is because the rapid change of inner chamber diameter limits the amplification of chamber pressure oscillation. The chamber pressure oscillation due to the large increase of fuel production and the vortex shedding in pre-chamber violently occurs during combustion using single-port axial injector.
김수종(Soojong Kim),김기훈(Gihun Kim),조정태(Jungtae Cho),조민경(Minkyoung Cho),도규성(Gyusung Do),소정수(Jungsoo So),허준영(Junyoung Heo),이정표(Jungpyo Lee),박수향(Suhayng Park),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),김진곤(Jinkon 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.11
하이브리드 로켓엔진의 연소시험을 수행하기 위해 시험 설비를 제작하고 지상연소시험장을 구축하였다. 연소시험장 설비는 하이브리드 로켓엔진, 추력 시험대, 산화제 저장 및 공급 장치, 제어 장치, 데이터 획득 장치로 구성되었다. 추력 50 kgf 급의 연소 시험을 수행하여 안정적으로 성능 데이터를 획득할 수 있었으며, 연소시험장 설비의 작동 신뢰성을 확인하였다. Ground firing test facility and test field for firing test of hybrid rocket engine were constructed. Ground firing test facility were composed of hybrid rocket engine, thrust stand, oxidizer storage/supply system, control system and data acquisition system. Firing tests of thrust 50 kgf class were conducted. Stable performance data was obtained and operational reliability of ground firing test facility were found.
스월 인젝션 하이브리드 로켓의 고체연료 국부 후퇴율에 관한 연구
김수종(Soojong Kim),이정표(Jungpyo Lee),김기훈(Gihun Kim),조정태(Jungtae Cho),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),김진곤(Jinkon Kim) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.5
스월 인젝션 하이브리드 로켓의 고체연료에서 축 방향 국부 후퇴율 거동을 고찰하였다. 일반적으로 축 인젝션 후퇴율은 연료 그레인 축 위치가 입구에서 멀어질수록 감소하다가, 다시 증가하는 경향을 보인다. 이에 반해 스월 인젝션 후퇴율은 연료 입구부에서 높고, 하류에서는 비교적 균일한 후퇴율을 보임을 확인하였다. 전체 후퇴율은 스월 인젝션의 경우가 축 인젝션의 경우에 비해 54% 증가하였다. 본 연구를 통해 소형 사운딩 로켓에서 스월 인젝터를 사용하는 것이 유용할 수 있음을 확인하였다. The local regression rate behavior of solid fuel in swirl injection hybrid rocket were studied. In generally, axial injection regression rate was tending to be decrease with axial distance, beyond which increased with increasing axial distance from the leading edge. On the other hand, swirl injection regression rate was high at the leading edge of the fuel and comparatively uniform regression rate at the downstream. Overall regression rate of swirl injection was increased about 54% for the overall regression rate of axial injection. Through this study, it was found that using swirl injector was useful in applying to the small sounding rocket.
김수종(Soojong Kim),조정태(Jungtae Cho),김기훈(Gihun Kim),김학철(Hakchul Kim),우경진(Kyongjin Woo),이정표(Jungpyo Lee),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),김진곤(Jinkon Kim) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5
하이브리드 로켓에서 파라핀계 연료의 연소 특성을 HDPE 연료와 비교하였다. 순수 파라핀 왁스를 사용한 경우 후퇴율은 HDPE에 비해 12.1배로 매우 빠른 후퇴율을 보였으나 특성 속도는 매우 낮았다. 순수 파라핀에 10 wt%의 LDPE를 블렌딩한 연료의 경우 순수 파라핀에 비해 후퇴율이 감소한 반면 HDPE에 비해서는 3.5배로 빠른 후퇴율을 보이면서도 특성속도는 증가되었다. 이를 통해 순수 파라핀에 폴리머계 연료를 블렌딩함으로써 연소 효율을 개선할 수 있음을 확인하였다. Combustion characteristics of the paraffin-based hybrid rocket fuel were compared with HDPE fuel. Regression rate of the pure paraffin wax was increased 12.1 times, but characteristic velocity was lower than HDPE. In case of parafffin fuel with 10%wt LDPE, regression rate was lower than pure paraffin wax, but regression rate compare with HDPE was increased 3.5 times and characteristic velocity was increased. According to these results, it was confirmed that blending of polymeric fuel improves combustion efficiency.
Paraffin wax/LDPE 혼합 연료의 연소 특성에 관한 연구
김수종(Soojong Kim),조정태(Jungtae Cho),이정표(Jungpyo Lee),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),김진곤(Jinkon Kim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회지 Vol.14 No.2
The experimental study on paraffin wax/LDPE blended fuel for hybrid rocket was performed. Various combustion characteristics of blended fuel were compared with pure paraffin, HTPB, HDPE and SP-1a fuel in order to evaluate the performance of blended fuel. The regression rate of lab-scale and large-scale motor using pure paraffin fuel was increased by 10.2 and 9.8 factor when respectively compared to that of HDPE. The regression rate factor of blended fuel was 3.4 in which the regression rate of blended fuel was higher than that of HTPB and HDPE, but lower than that of pure paraffin, SP-1a fuel. The values of characteristic velocity and specific impulse of blended fuel was higher than those of pure paraffin, HTPB and HDPE, and almost the same as SP-1a fuel. As these results, it was confirmed that blended fuel can be an effective solid fuel for hybrid rocket.