동압 센서를 위한 압력 전달 시스템 설계

김현준(Hyeon-Jun Kim),박순영(Soon-Young Park),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

일반적으로 연소기에 동압 센서를 flush mount 방식으로 삽입한다. 그러나 협소한 공간으로 인해 flush mount가 불가능한 경우가 종종 발생한다. 이를 해결하기 위해 압력전달 시스템을 설계하였다. 본 연구에서는 연소기 시험에 사용되는 동압 포트에 마운트를 삽입하는 압력전달시스템의 설계에 대한 모델에 대해 설명하였다. Dynamic pressure sensor is generally installed with flush mount. However, it occurs occasionally that the flush mount is not possible due to narrow space. In order to solve this problem, pressure-transmitting system was designed. In this paper the design of pressure transmitting system for inserting the mount into dynamic pressure sensor port is described.

동압 센서의 압력 전달 시스템에서 동적 응답 특성

김현준(Hyeon-Jun Kim),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

본 연구에서는 동압과 로켓 모터 센서에 대한 집중계 모델을 제시하였고 동압 데이터의 유효 주파수를 예측하기위해 사용하였다. 첫 번째로 압력 전달 시스템에 대해 이미 Holman에 의해 제시되었던 압력 진폭 비율의 일반적인 공식이 재 유도되었다. 두 번째로 로켓 모터 센서 마운트에서 압력진폭 비율과 위상에 대한 표현식을 유도하였고 이를 분석하였다. 이들 두 가지 표현식으로 유효 주파수를 얻을 수 있고 기본설계에 반영할 수 있다. In this paper the lumped element models for dynamic pressure and rocket motor sensors are presented and used to predict the valid frequencies of dynamic pressure data. First, the conventional formula of the pressure amplitude ratio which had been presented by Holman was rederived in a pressure-transmitting system. Second, the resulting expressions for the pressure amplitude ratio and phase angle were derived and analysed in a rocket motor sensor mount. The valid frequencies can be obtained and reflected in the basic design with their two expressions.

모사 가스터빈 연소기 내 동압 계측 특성 및 보정식 개발

장대진(Dae Jin Jang),전병철(Byung Chul Jun),최종운(Jong Wun Choi),이민철(Min Chul Lee) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集B Vol.44 No.6

본 연구에서는 가스터빈 연소기 내에서 연소 불안정을 진단하기 위해 주로 사용되는 동압 측정법의 타당성을 검증하고, 오차를 최소화하기 위한 보정식을 제안하였다. 비연소 상태에서 원기둥 형상의 캔형 가스터빈 모사 연소기의 일측에 부착된 스피커를 이용하여 50Hz~6,000Hz로 가진 주파수를 변경하였을 때, 라이너의 길이 방향으로 벽면 매설방식(flush mount type)으로 설치된 6개의 동압 센서를 이용하여 연소실 내 동압이 측정되었다. 일부 실험 조건에서 오측정 현상을 관찰되었고, 정상파 모드 분석을 통해 원인을 파악하였다. 이러한 계측 오차를 줄이고자 두 개의 보정식을 제안 · 검증하였고, 이 결과는 가스터빈 연소기 내 연소 동압 측정의 정확성을 향상시키고 연소 불안정 사고 위험성을 감소시킬 것으로 기대된다. In this study, the adequacy of the conventional measurement method of dynamic pressure, which is mainly used to diagnose combustion instability in a gas turbine combustor, was checked and new correction equations are proposed to minimize the error. When changing the excitation frequency from 50 Hz to 6,000 Hz using a speaker installed at one end of a can-type cylindrical model combustor in a non-combustion state, dynamic pressure in the combustion chamber was measured using 6 flush-mount-type dynamic pressure sensors installed along the liner in a longitudinal direction. Measurements errors for several experimental conditions were examined and the cause of this phenomenon was identified through standing wave mode analysis. To reduce this error in measurement, two correction correlations are proposed whose validity was verified. These results are expected to improve the measurement accuracy of dynamic pressure in a gas turbine combustor and, consequently, to reduce the risk of accidents from combustion instability.

압력전달시스템을 위한 주파수응답모델들의 비교 연구

김현준(Hyeonjun Kim),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2020 한국추진공학회지 Vol.24 No.2

Dynamic pressure transducer needs to be flush-mounted on hardware due to frequency response characteristics of pressure transmission system. However, it is sometimes necessary to be mounted in recessed configuration due to insufficient space for sensor installation and for protection of sensor from thermal damage. Dynamic response characteristics should be considered due to distortion of original dynamic pressure signal in the pressure transmission system. In this study, small perturbation model and 2nd order reduced model were compared with experiments and a guideline for selecting a frequency response model was suggested.

초고속 비행체 제어기법 설계를 위한 비행체 동압 추정 기법 연구

박정우(Jungwoo Park),김익수(IkSoo Kim),박익수(Iksoo Park) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

본 논문에서는 비행 중에 추정되는 비행체 동압 정보의 일반적인 활용법에 대해 소개한다. 본 연구에서는 추정 정보의 정확성을 높여 비행의 신뢰성을 유지하기 위한 동압추정 기법을 제안하였다. 소개된 방법은 압축성 유동의 간단한 관계식을 통해 쉽게 확인할 수 있는 방법이지만, 초고속 비행체의 제어기법에 적용될 수 있는 높은 정확성을 가지는 양질의 동압정보를 제공하기 위한 방법론을 제안하고 그 활용성을 고찰하였다. This paper introduces general applications of vehicle"s dynamic pressure information which is estimated during the flight. And a method to estimate the dynamic pressure for a high speed vehicle is suggested to sustain reliability of the flight under a high estimation accuracy of the information. The presented method is straightforward with simple relations of the compressible flow but is a still merited idea employed for the high speed vehicle control scheme with great accuracy.

액체로켓엔진 가스발생기에서 고온용 동압센서 비교 시험

김현준(Hyeon Jun Kim),김종규(Jong Gyu Kim),주성민(Seongmin Joo),임병직(Byoungjik Lim),최환석(Hwanseok Choi) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.12

액체로켓엔진 가스발생기에서의 연소실 내부 온도는 1000 K 수준이다. 연소실의 고온 환경에서 동압을 계측하기 위해 압전 센서는 열 내구성을 가져야 한다. 본 연구에서는 액체로켓엔진 가스발생기 연소시험에 냉각수와 헬륨을 공급하는 어뎁터가 있는 센서와 없는 센서 총 2가지의 서로 다른 제조사의 압전 압력 센서를 장착, 상호 비교 평가하였다. A combustion chamber temperature in liquid rocket engine gas generator is within 1000 K. A piezoelectric pressure sensor must have heat endurance in order to measure dynamic pressure in high temperature environment of combustion chamber. In this study, the piezoelectric pressure sensors of two different manufacturers were evaluated from hot-firing tests of a liquid rocket engine gas generator, which was mounted in a helium bleed adapter with water cooling and was not installed.

오토인코더 기반의 머신러닝을 통한 가스터빈 연소기에서의 연소불안정 진단

최승규,김대식 한국유체기계학회 2024 한국유체기계학회 논문집 Vol.27 No.1

Various diagnostic models for combustion instability based on statistical techniques and machine learning using measured or monitored data are being developed to suppress instabilities in power generation gas turbines. In this paper, we proposed a combustion state diagnosis model using an auto-encoder, one of machine learning approaches. This model has been trained using two main input components; magnitude and waveform pattern of time series dynamic pressure which is measured from a real-scale single nozzle gas turbine combustor. As a result of training, the model could successfully classify the pre-processed input data into stable, transition, and unstable states onto the feature map of the latent space. Especially, in contrast with existing combustion instability monitoring tools based on statistical techniques, the current auto-encoder model provided accurate combustion state diagnosis performance for stable and transition states of dynamic pressure.

한국형발사체 75톤 엔진의 시동 시 동압 특성 분석

문윤환(Yoonwan Moon),정은환(Eunhwan Jung) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

액체로켓에서 엔진의 시동은 산화제와 연료를 연소기에 매우 짧은 시간의 차를 두고 주입하여야 하며, 이때 주입시간의 간격, 점화기 작동 지연 등은 방대한 량의 추진제 혼합물에 에너지를 인가함으로서 대형 폭발로 이어질 수 있는 상황이 된다. 그러므로 각 추진제의 천이특성과 연소기 또는 가스발생기의 유입 시점을 측정하는 것은 매우 중요하며, 상대적으로 느린 응답 특성을 갖는 정압으로는 유입시점을 관측하기에는 어려움이 많으므로 추진제 유로를 따라 동압을 측정하여 보다 정확한 유입시점을 찾을 수 있었다. When a liquid rocket engine is started the oxidizer and fuel must be flowed into combustion chamber and gas generator with time differences. The wrong time difference between propellants or malfunction of ignition device can occur the explosion of combustion chamber due to detonation by energized premixed-propellants. Therefore it is important to observe the transient characteristic of propellants or to measure the inflow time of propellants into combustion chamber and gas generator. The measurement of static pressure is not enough to observe the propellants inflow time into combustion chamber and gas generator. By measuring dynamic pressure of main flow passage of propellants the accurate propellants inflow time could be investigated.

한국형발사체 7톤 파워팩 시스템 고주파 신호 분석

소윤석(Younseok So),이승재(Seungjae Yi),이광진(Kwangjin Lee),김승한(Seunghan Kim),한영민(Yeoungmin Han) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

7톤 엔진 시험 전에 엔진 시동/정격구동/종료 특성을 확인하고자 나로우주센터에 터보펌프 실매질 시험설비에서 파워팩 시험을 수행하였다. 가스발생기의 연소 동압은 0.2 bar이하로 측정되어 연소불안정을 발생하지 않고, 터보펌프에 장착된 RPM 및 가속도 센서 신호 분석 결과, 예측 RPM 범위안에서 파워팩 시험이 안정하게 수행되었다는 것을 확인하였다. The 7tonf-class power pack test at Turbopump test facility in Naro space center was performed for confirmations of Starting/Running/Ending operation characteristics before 7tonf rocket engine hot-firing test. The dynamic pressure mounted on a gas generator combustion is measured under 0.2 bar which does not conditioned to the unstable combustion. The analysis results of RPM and accleration sensors mounted on the Turbopump, the power pack test was performed to the estimated RPM with the stable combustion.

유입량 변화에 따른 도심지 내 우수저류조 관망시스템의 안정성 검토

유형주,이승오,김동현,맹승진 한국방재안전학회 2019 한국방재안전학회 논문집 Vol.12 No.4

Recently, as the occurrence frequency of sudden floods due to climate change increased, it is necessary to install the facilities that can cope with the initial stormwater. Most researches have been conducted on the design of facilities applying the Low Impact Development (LID) and the reduction effect on rainfall runoff to examine with 1D or 2D numerical models. However, the studies on the examination about flow characteristics and stability of pipe network systems were relatively insufficient in the literature. In this study, the stability of the pipe network system in rainwater storage tank was examined by using 3D numerical model, FLOW-3D. The changes of velocity and dynamic pressure were examined according to the number of rainwater storage tank and compared with the design criteria to derive the optimal design plan for a rainwater storage tank. As a results of numerical simulation with the design values in the previous study, it was confirmed that the velocity became increased as the number of rainwater storage tank increased. And magnitude of the velocity in pipes was formed within the design criteria. However, the velocity in the additional rainwater storage pipe was about 3.44 m/s exceeding the allowable range of the design criteria, when three or more additional rainwater storage tanks were installed. In the case of turbulence intensity and bottom shear stress, the bottom shear stress was larger than the critical shear stress as the additional rainwater storage was increased. So, the deposition of sediment was unlikely to occur, but it should be considered that the floc was formed by the reduction of the turbulence intensity. In addition, the dynamic pressure was also satisfied with the design criteria when the results were compared with the allowable internal pressure of the pipes generally used in the design of rainwater storage tank. Based on these results, it was suitable to install up to two additional rainwater storage tanks because the drainage becomes well when increasing of the number of storage tank and the velocity in the pipe becomes faster to be vulnerable to damage the pipe. However, this study has a assumption about the specifications of the rainwater storage tanks and the inflow of stormwater and has a limitation such that deriving the suitable rainwater storage tank design by simply adding the storage tank. Therefore, the various storage tank types and stormwater inflow scenarios will be asked to derive more efficient design plans in the future. 최근 기후변화로 인해 강우강도 및 빈도의 증가에 따른 국지성 집중호우의 피해가 증가함에 따라 초기 우수에 대응할 수 있는 시설물 설치가 필요한 실정이다. 이를 위해, 빗물을 직접 유출하지 않고 저류 시키는 저영향 개발(Low Impact Development)기법을 적용한 시설물 설계 및 수치모형을 이용한 유출저감효과 검토에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 대부분의 연구는 유출저감효과에 대한 검토만 수행된 반면, 시설물에 유입되는 유량에 의한 흐름특성 변화 검토 및 안정성 검토에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 LID 기법이 많이 적용되고 있는 회전교차로를 대상으로 하여, 회전교차로 내의 우수저류조의 관망시스템의 안정성 검토를 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 사용하여 검토하였다. 또한 우수저류조의 최적의 설계방안 도출을 위하여 우수저류조의 수를 증가하여 용량증가에 따른 유속과 동압의 변화를 검토하고 설계기준과 비교하였다. 우수저류조의 제원 및 유입유량은 선행연구에서 제시된 값을 적용하여 수치모의를 수행한 결과, 유속은 저류조 설치개소 수가 증가할수록 빨라지는 것을 확인하였고, 대부분 설계기준 범위 안에 유속이 형성되는 것을 확인하였다. 다만 추가 저류조가 3개 이상일 경우는 추가저류조관에서 유속이 3.44 m/s가 발생하여 설계유속의 허용범위를 초과하였고, 유속의 증가율도 일정해지는 것으로 나타났다. 난류강도 및 바닥전단력 비교의 경우, 저류조 설치개소수가 증가함에 따라 바닥전단력이 한계소류력보다 크게 나타나 유입토사의 침전은 발생하지 않을 것으로 예상되나 난류강도의크기가 작아져 플록(Floc)형성으로 인한 토사 침전이 발생할 수 있음을 고려해야한다. 최종적으로 유속을 이용한 동압 산정 결과를 우수관 설계에 일반적으로 사용되는 압력관의 허용내압과 비교하였을 경우, 동압이 허용내압보다 작게 나타났다. 이를 통하여 본 연구에서 제안한 우수저류조 제원으로 설계할 경우 추가 저류조를 2개까지 설치하는 것이 가장 적합한 것으로 나타났다. 이는 저류조를 계속하여 설치하게 되면 배수가 원활해져 관내 유속이 빨라지고, 유속증가로 인하여 관의 마모손상 등의 문제가 일어날 수 있기 때문이다. 그러나 본 연구는 저류조의 제원 및 우수의 유입량을 가정하였고, 단순히 저류조를 추가하여 저류조 설계방안을 도출한 한계점이있어 향후에는 다양한 저류조 형태 및 우수유입 시나리오를 적용하여 검토한다면 보다 효율적인 설계방안 도출이 가능할 것으로 기대된다.