지연제 코팅에 따른 강내 영향성 확인 및 최적화 연구를 위한 강내탄도 모델링

강기하(Kiha Kang),손창석(Chang Seok Son),양영준(Young Jun Yang),최병오(Byeong O Choi) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

최근 추진제는 고 에너지, 낮은 화염온도로 갖도록 요구되며, 이에 따라 필연적으로 강내 압력이 증가하게 된다. 강내 압력 증가에 따라 포신의 재질 및 수명에 영향을 받게 되는데 포신의 소재 개발이 어렵고 이를 적용하기 쉽지 않다. 이에 필연적으로 추진제 개발은 고 에너지의 특성을 가지면서 강내 압력을 감소시키는 방향으로 개발이 진행된다. 국내에 기 적용된 추진제 중 이러한 특성을 갖도록 설계된 추진제가 있으며, 이 경우는 지연제 코팅을 통해 강내 압력을 감소시켰다. 실 사례를 통해 지연제코팅으로 강내 압력을 감소시킬 수 있음을 확인하였으나, 이에 대한 연구가 미진하여 본 논문에서는 지연제의 영향성 및 최적화에 대해 연구하고자 한다. 본 연구는 강내탄도 해석을 통해 강내 압력 거동 및 지연제 코팅에 따른 영향성을 확인하고자 한다. 더불어 지연제 코팅 최적화 및 향후 설계 시 적용할 수 있도록 강내탄도 모델링을 중점적으로 다루고자 한다. Recently, propellants is required for high energy and low flame temperature, therefore interior pressure is increased necessarily. Gun’s material and life cycle are affected according to the increasing interior pressure, however, it is difficult to develop gun’s material and apply it. Therefore necessarily propellants should be developed to be have high energy and low interior pressure. In this study, it inquire into the effects for deterred coating propellants on the interior ballistics, and carry out the modeling for it.

강내탄도 내 항력식에 따른 추진제 입자 이동 비교

장진성(Jinsung Jang),유승영(Seongyoung Yoo),오석환(Seokhwan Oh),노태성(Taeseong Roh),최동환(Dongwhan Choi) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5

강내탄도 내 이상유동(Two-phase Flow) 현상 중 추진제 입자의 이동에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 유동 내 추진제 입자에 작용하는 항력이다. 기존의 연구에서는 입자에 작용하는 항력을 구하기 위해서 실험을 통해 유도한 Ergun식을 이용하였으나, 이는 이상유동 내 입자의 형태가 구형인 경우에 국한되어 있으며 실제 강내탄도 내 발생하는 레이놀즈수 영역 또한 유도식의 유동 영역에서 벗어나는 등의 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 STAR-CCM+를 통해 원통형 입자 및 레이놀즈수에 따라 Ergun식을 보정하여 항력식이 강내탄도 내 추진제 입자의 이동에 미치는 영향을 기존의 Ergun식을 사용한 결과와 비교 분석하였다. The interphase drag has the greatest effect on propellant particle movement in the phenomena of the two-phase flow of the interior ballistics. In previous studies, Ergun"s empirical equation has been used for the calculation of drag force acting on the propellant particle. However, this equation is limited to the sphere configuration and the actural Reynolds" No. condition of interior ballistics has outranged from the Reynolds" No. region of the equation. In this study, therefore, comparison analysis of the propellant particle movement has been conducted using the previous Ergun"s equation and the corrected Ergun"s equation. The corrected equation has been calibrated according to the Reynolds" No. and the grain configuration using the STAR-CCM+.

고체추진제 형상에 따른 강내탄도의 특성 연구

장진성(Jinsung Jang),성형건(Hyunggun Sung),김인주(Injoo Kim),노태성(Taeseong Roh),최동환(Dongwhan Choi) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

강내탄도 전산해석 코드를 이용하여 고체 추진제 형상에 따른 강내탄도 성능을 예측해 보았다. 기존의 연구에서는 볼형의 추진제만을 다룬데 반해 이번 연구에서는 추가적으로 실린더형과 단공형의 추진제를 다루었다. 각 추진제의 형상에 따라 비표면적이 달라지고 이로 인해 강내탄도의 성능변화가 나타남을 확인했다. Using the numerical code for the interior ballistics, the performance of the interior ballistics with the characteristic of the configuration of the solid propellant has been investigated. In existing research, only ball type solid propellant is considered but at this research, cylinder and single slot type solid propellants are considered. Definite the change of performance of the interior ballistics according to specific surface area.

강내탄도 내 차압 감소를 위한 추진제 위치 연구

장진성(Jin-Sung Jang),성형건(Hyung-Gun Sung),노태성(Tae-Seong Roh),최동환(Dong-Whan Choi) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.5

IBcode를 강내 차압감소를 위한 추진제 위치 연구를 수행하였다. 보통 화포의 추진제는 금속재질이나 소진탄피에 장전된다. 따라서 약실이 탄피보다 크다면 추진제(탄피)의 위치가 강내탄도 성능의 주요 인자가 된다. 본 연구에서는 약실 내 빈 공간이 발생하였을 경우를 고려하여 연구를 수행하였다. 3가지 경우에 대해 연구를 수행하였고, 추진제가 약실 가운데에 위치하였을 경우 Breech나 Base에 위치하였을 때의 강내 차압이 감소함을 확인할 수 있었다. 따라서 약실 가운데에 추진제를 위치시키는 것이 강내탄도 성능 향상에 유리하다는 결론을 내릴 수 있었다. The position effect of the solid propellant in the combustion chamber on the decrease of the differential pressure has been investigated using the IBcode. Generally the metallic cartridge or CCC (combustible cartridge case) as the propellant for the cannon has been loaded. The position of the propellant(cartridge) is, therefore, a major factor for the interior ballistics in case the combustion chamber is larger than the cartridge. In this study, three cases of the existence of empty space in the chamber has been considered. As results, the case of the propellant located in the region near the base and breech has shown that the negative differential pressure and the difference between the breech pressure and the base pressure are much higher than those of the case of the propellant located in the center of the chamber. The case of the propellant in the center of the chamber is, therefore, more profitable to improve the performance of the interior ballistics.

점화제 주입에 따른 강내탄도 수치해석

성형건(Hyung-Gun Sung),장진성(Jin-Sung Jang),김인주(In-Joo Kim),최동환(Dong-Whan Choi),노태성(Tae-Seong Roh) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5

강내탄도 전산 해석 코드를 사용하여 점화제 주입 특성에 따른 강내탄도의 성능을 연구하였다. 점화제 주입 최대위치가 Base에 가까울수록 균일한 압력 분포가 나타났고 탄자의 탈출 속도도 증가하였다. Using the numerical code for the interior ballistics, the performance of the interior ballistics with the characteristic of the ignition injection has been investigated. When the maximum position of ignition injection is near the base, the pressure distribution at the chamber of the interior ballistics was uniform and the final projectile velocity is increased.

강내탄도의 약실 내 추진제 모델링 비교연구

장진성(Jinsung Jang),성형건(Hyunggun Sung),노태성(Taeseong Roh),최동환(Dongwhan Choi) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

무차원 추진제 모델링 기법과 1차원 추진제 모델링 기법을 사용하여 약실 내 추진제 모델링 기법에 대한 비교 연구를 수행하였다. 무차원 추진제 모델링의 경우 약실 내 추진제 위치 및 배열에 대한 묘사가 불가능 하지만 1차원 추진제 모델링의 경우에는 가능하다. 따라서 약실 내 추진제 배열에 따른 강내탄도 성능해석 시 무차원 추진제 모델링의 경우 강내 마이너스 차압의 예측이 불가능하지만 1차원 추진제 모델링의 경우 예측이 가능함을 확인했으며, 이를 통해 강내탄도 성능해석 시 1차원 추진제 모델링의 필요성을 확인했다. Comparative study on propellant modeling has been investigated using a non-dimensional method and an one-dimensional method. The propellant location in the chamber can not be described by the non-dimensional method. It is, however, possible for the one-dimensional method to describe. Therefore, the analysis of the interior ballistics according to the propellant arrangements has been performed by the one-dimensional method. The negative differential pressure in the chamber could be predicted and the necessity of the one-dimensional modeling for the analysis of the interior ballistics has been confirmed.

강내탄도의 점화기 해석 모델 개발 및 초기 점화 연구

성형건(Hyung-Gun Sung),장진성(Jin-Sung Jang),최동환(Dong-Whan Choi),노태성(Tae-Seong Roh) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

Lumped parameter model에 오리피스의 이론식을 결합하여 강내탄도의 점화기 해석 모델을 개발하였다. 이 개발된 점화기 해석 모델을 이용하여 점화기 형상인 길이, 직경, 주입구 분포에 따른 강내탄도의 특성을 분석하였다. 포미와 초기탄저의 압력차의 결과로서 점화기 길이는 저주파 진동에 영향을 미치는 것으로 나타났고, 점화제 주입구 직경과 주입구 분포는 고주파 진동에 영향을 주는 것으로 나타났다. A numerical model of the igniter for the interior ballistics has been developed combining the lumped parameter model with the theoretical equation of the orifice. With the developed model of the igniter, the numerical study on characteristics of the interior ballistics according to the igniter configuration in terms of the igniter length, the side hole diameter, and the distribution of side holes has been conducted. As results of the calculation of the pressure difference between the breech and shot base, the low frequency oscillations have been influenced by the igniter length, while the high frequency oscillations have been affected by the side hole diameter and the distribution of side holes.

강내탄도의 성능 영향 요소 분석

성형건(Hyung-Gun Sung),유승령(Seung-Young Yoo),최동환(Dong-Whan Choi),노태성(Tae-Seong Roh) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

강내탄도의 다양한 해석 모델에 따른 성능 및 내부 유동을 분석하였다. 항력 모델은 초기 내부 유동 특성에 큰 영향을 미치며 고체추진제의 항력이 작을수록 차압의 진동을 감소시키는 것으로 나타났다. Nusselt 수 모델은 강내탄도의 주요 성능에 영향을 미치지 않으며 고체추진제의 열전달이 없는 경우에는 역압력이 발생하지 않는 것으로 나타났다. The analysis of the performance and the internal flow according to various numerical models used for the interior ballistics has been conducted. The internal flow has been mainly affected by the drag model. As results, oscillations of the pressure differences between the breech and the shot base has been reduced with a deceased drag of the propellant. The major performance of the interior ballistics has no relation to the models using Nusselt number for heat transfer coefficient. The negative pressure difference without the heat transfer of the propellant has not been shown.

3차원 강내탄도 전산해석

장진성(Jinsung Jang),오석환(Seokhwan Oh),노태성(Taeseong Roh) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

Eulerian-Lagrangian 접근법을 사용하여 화포 내 유동 및 고체추진제 입자로 이루어진 이상유동의 3차원 전산해석을 수행하였다. 내탄도 현상은 고체추진제의 연소에 의한 열-유동이 발생한다. 따라서 이를 전산해석하기 위한 전산모델이 필요하다. 이에 본 연구에서는 유동의 해석은 상용 프로그램을 사용하며, 연소의 해석은 기존의 해석코드를 이용하는 전산모델을 제안하였다. 이를 이용하여 3차원 강내탄도 전산해석을 수행하였으며, AGARD gun 해석을 통해 3차원 해석의 타당성을 확인하였다. Three-dimensional numerical analysis of the two-phase flow that consisting of internal flow and solid propellant particles has been conducted using Eulerian-Lagrangian approach. The interior ballistics is a phenomenon that accompanies the heat-flow due to propellant combustion. So, numerical model is required for the numerical analysis of interior ballistics. In this study, therefore, the numerical model that using the commercial program for flow analysis and using the developed code for the combustion analysis has been proposed. Three-dimensional numerical analysis of interior ballistics has been conducted using this numerical model and the validity of the analysis has been confirmed through the AGARD gun analysis.

ETC 효과를 고려한 강내탄도의 성능해석 연구

성형건(Hyunggun Sung),장진성(Jinsung Jang),이상복(Sangbok Lee),노태성(Taeseong Roh),최동환(Dongwhan Choi) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

ETC(Electrothermal chemical) Gun에 대한 연구를 수행하였다. 기존의 강내탄도 전산해석 코드를 ETC 화포에 적용하도록 확장시켰다. 이를 통해 플라즈마 에너지 주입 패턴에 따른 강내탄도 성능해석 연구를 수행하였다. A study on ETC(Electrothermal chemical) Guns has been conducted. The existing code of the numerical analysis for the interior ballistics has been extended for ETC Guns. Using this code, the performance analysis of interior ballistics according to the injection patterns of the plasma energy has been fulfilled.