산화제 과잉 예연소기용 분사기 설계 및 수류시험 결과

소윤석(Younseok So),우성필(Seongphil Woo),이광진(Kwangjin Lee),유병일(Byungil Yoo),김진형(Jinhyung Kim),조황래(Hwangrae Cho),방정석(Jeongsuk Bang),한영민(Yeoungmin Han) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

본 논문에서는 9톤급 다단연소사이클 엔진용 산화제 과잉 예연소기 분사기 설계 및 수류시험 결과에 대해 기술하고자 한다. 총 3 종류의 동축 와류 분사기를 설계하고 각 종류마다 12개의 분사기를 제작하였다. 연료 접선홀 직경은 모두 동일하며, 산화제와 연료가 연소되어 발생하는 기체 산화제와 냉각 채널에서 배출되는 액체 산화제 모멘텀의 비에 따라 산화제 과잉 예연소기 분사기의 연소에 어떠한 영향이 있는지를 연구하기 위해 산화제 접선홀의 직경을 다르게 제작하였다. 추후에 산화제 과잉 예연소기를 이용한 파워팩과 연소시험을 통해 검증될 예정이다. 수류시험 결과, 연료 유량은 설계차압을 기준으로 목표값에 도달하였지만, 산화제 유량은 설계 차압을 기준으로 목표값을 넘어서는 결과를 보였다. This paper is described for results of cold flow test and design of injectors for oxidizer-rich preburner applied with 9tonf-class staged combustion engine cycle. The 3 types of coaxial swirl injectors are designed and manufactured. The diameters of fuel tangential hole are same with 0.7 mm. The diameters of oxidizer tangential hole are difference because of momentum ratio which is Gox oxidizer momentum occurred by combustion from mixing of fuel and oxidizer in the injector chamber and Lox oxidizer momentum from cooling channel. It will be confirmed by the powerpack and combustion test of oxidizer rich preburner in later. The results of cold flow test, the fuel flowrate is proper for differential pressure at design point but the oxidizer flowrate is over for differential pressure at design point.

한국형발사체 PSD 산화제 배출밸브 성능시험

정용갑(Yonggahp Chung),한상엽(Sangyeop Han),김승익(Suengik Kim) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

한국형발사체(KSLV-II) PSD 시스템에 있는 DR 구형 용기의 산화제 가압을 위해서는 극저온 헬륨가스를 사용하고 추진제인 산화제로는 액체 산소를 사용한다. 가압제 용기는 산화제인 액체산소 탱크 내부에 설치되어 있어 가압제가 초저온 상태로 저장되고 산화제는 산화제 탱크에 저장된다. 본 연구에서는 한국형발사체에 적용되는 PSD 산화제 배출밸브에 대한 성능시험을 고찰하였다. Cryogenic helium gas is used as the pressurant for the oxidizer pressurization of DR(Damper Receiver) sphere in the PSD(Pogo Suppression Device) system and liquid oxygen is used as the oxidizer for the propellant in Korea Space Launch Vehicle-II. The helium gas is stored in pressurant cylinders inside the cryogenic liquid oxygen tank and liquid oxygen is stored in the oxidizer tank. In this study, the performance test of PSD liquid oxygen drain valve for KSLV-II was considered.

산화제 과잉 예연소기 설계점 운영 특성

문일윤(Ilyoon Moon),문인상(Insang Moon),강상훈(Sang Hun Kang),하성업(Seong-Up Ha),이수용(Soo Yong Lee) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

케로신과 액체산소를 추진제로 하는 다단연소방식 액체엔진용 산화제 과잉 예연소기를 설계하여 설계점에서 연소시험을 수행하였다. 설계된 산화제 과잉 예연소기는 산화제 일부와 연료를 혼합헤드를 통해 연소실에 공급하여 연소시키고 나머지 산화제를 연소실 재생냉각채널을 거쳐 연소실 중앙의 분사공을 통해 연소실로 주입하여 기화시키는 형태로 최종적으로 연소압 20 ㎫, 혼합비 60에서 작동한다. 혼합헤드에는 단일 와류형 분사기를 벌집형태로 배열하였으며 가스 온도 균일성 향상과 연소안정성 향상을 위한 혼합링과 터빈까지의 배관을 고려한 노즐을 장착하였다. 설계점 연소시험에서 산화제 과잉 예연소기는 실제 다단연소 로켓엔진에 사용되고 있는 산화제 과잉 예연소기 수준의 높은 연소 안정성과 생성가스의 균일한 온도분포를 보였다. It was designed and tested at the design point that an oxidizer rich preburner for a staged combustion liquid rocket engine propelled by kerosene and LOx. The oxidizer rich preburner was designed as some of LOx injected from the mixing head was burned with kerosene and the rest of LOx injected from injection holes in the regenerative cooling chamber was vaporized by combustion gas. The preburner is operated at OF ratio of 60 and combustion pressure of 20 ㎫. The Preburner has a honey-comb type mixing head with simplex swirl injectors, a turbulence ring improving combustion stability and uniformity of product gas temperature distribution, and a nozzle simulating the duct. With the combustion test results at the design point, the oxidizer rich preburner showed high combustion stability and uniformity of product gas temperature distribution that is equivalent with similar level of an actual used oxidizer rich preburners in stage combustion liquid rocket engines.

산화제 과잉 예연소기 점화특성

문일윤(Ilyoon Moon),문인상(Insang Moon),홍문근(Moongeun Hong),강상훈(Sang Hun Kang),유재한(Jaehan Yoo),하성업(Seong-Up Ha),이선미(Seon-Mi Lee),이수용(Soo Young Lee) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

케로신과 액체산소를 추진제로 하는 다단연소 사이클 액체엔진용 산화제 과잉 예연소기를 설계하여 점화시험을 수행하였다. 산화제 과잉 예연소기는 혼합비 60, 20 ㎫의 연소압에서 작동하도록 설계되었다. 가압식 연소시험설비에서 안정적 점화를 위해 점화초기 추진제 유량을 변화시켜 점화특성을 비교하였다. 시험결과 점화초기 추진제 공급유량이 많을수록 점화지연시간이 짧아졌으며 점화강도도 높아졌다. 연소실 재생냉각채널 내의 산화제 온도 측정을 통해 점화 시 연소가스가 재생냉각채널로 유입됨을 확인할 수 있었다. 점화 시 발생한 연소가스가 재생냉각채널로 유입되어 재생냉각채널 내산화제 온도를 상승시켜 산화제 공급이 줄어들게 되어 점화지연을 야기한다. 추진제 공급유량이 많을 경우 재생냉각채널 내 산화제가 빠르게 냉각되어 연소실로 원활히 공급되면서 점화지연시간이 짧아진다. It was designed and tested ignition that an oxidizer rich preburner for a staged combustion cycle liquid rocket engine propelled by kerosene and LOx. Operation conditions of the preburner are about 60 of OF ratio and 20 ㎫ of combustion pressure. Ignition characteristics were compared by propellants flowrate. As the results, the higher propellants flowrate, the shorter the ignition delay time and the higher ignition stiffness. The ignition delay time was affected by incoming the oxidizer flowrate through the refrigerative cooling channels. The oxidizer flowrate from the cooling channels decreased by inflow of combustion gas during initial ignition. The oxidizer flowrate of the cooling channels increases, it is rapid recovery by cooling effect, eventually the ignition delay time decreases.

산화제 벤트/릴리프밸브 유량 특성 연구

고현석(Hyeonseok Koh),한상엽(Sang Yeop Han) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

한국형발사체 산화제 탱크에 장착되는 산화제 벤트/릴리프밸브는 지상에서 극저온 산화제를 충전할 때 탱크 내의 과압을 해소할 수 있도록 충분한 용량 계수(Cv)를 가져야 한다. 출구 직경 100 mm인 상세설계 형상에 대한 유동해석 결과 Cv 값이 244로 예측되었다. 출구 직경이 각각 85, 100 mm인 시제품에 대하여 수류시험을 수행하여 유량 특성을 파악하였다. 밸브가 완전히 개방된 상태에서 수류시험을 수행한 결과 Cv 값이 각각 195, 229로 측정되었다. 용량 계수 해석 및 시험 결과를 참고하여 산화제 벤트/릴리프밸브 및 벤트시스템에 대한 형상을 결정할 계획이다. An oxidizer vent relief valve for cryogenic oxidizer tank of KSLV-II should have enough flow capacity to relieve the over-pressurization of oxidizer tank during filling. The flow analysis for the critical design model with the outlet diameter of 100 mm predicted that flow coefficient, Cv would be 244. The water flow tests were performed for the development models in fully opened state to find out the flow characteristics. The flow test results showed that the average Cv of two valves with the outlet diameters of 85 and 100 mm were 195 and 229 respectively. Referring to the analysis and test result for flow coefficient, we will plan to determine the configuration of oxidizer vent relief valve and vent system.

연소기 연소시험설비 산화제 공급시스템 해석

정용갑(Yonggahp Chung),조남경(Namkyung Cho),한영민(Yeoungmin Han) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

발사체의 추진기관은 일반적으로 산화제와 연료를 연소실로 공급하여 추진력을 얻게 된다. 개발 중에 있는 한국형 발사체(KSLV-Ⅱ) 2단 엔진의 경우 산화제로는 액체산소(Liquid Oxygen)를 사용하고 연료로는 JET-A1이 사용될 예정이다. 터보펌프 공급방식인 2단 엔진의 주요 구성은 연소기와 터보펌프, 엔진공급시스템 등으로 구성되어 있다. 액체 추진 엔진 개발을 위해서는 서브시스템인 연소기 개발이 선행되어야 하고 설계 및 제작된 연소기의 성능 검증은 연소기 연소시험설비(CCTF)에서 수행된다. 우주센터에 구축 예정인 연소기 연소시험설비에 대한 상세설계가 수행되었으며, 본 설계 결과를 기준으로 AMESim을 사용하여 산화제공급시스템에 대한 모델링을 수행하여 산화제 공급특성을 해석하였다. The propulsion system of space launch vehicle generates thrust by supplying oxidizer and fuel to combustion chamber. KSLV-Ⅱ 2nd stage engine, currently under development by KARI, is to use liquid oxygen as a oxidizer and JET-A1 as a fuel. The 2nd stage pump-fed engine is mainly composed of combustion chamber, turbo-pump and engine supply system. To develop liquid propulsion engine, the development of combustion chamber must be preceded. For performance validation of the combustion chamber, the designed and manufactured combustion chamber should be tested in combustion chamber test facility (CCTF). The detailed design for the planned CCTF in Naro Space Center was conducted. The oxidizer supply system modeling using AMESim was performed based on the results of the detailed design, and the oxidizer supply characteristics was analyzed in this paper.

한국형발사체 발사대시스템 산화제공급계 충전 운용 설계의 검증을 위한 나로호 비행시험 실증 자료 분석

서만수(Mansu Seo),이재준(Jae Jun Lee),홍일구(Il-gu Hong),강선일(Sunil Kang) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

본 논문은 한국형발사체(KSLV-II) 발사대시스템 상세설계 단계 중 수행된 산화제 충전 운용 설계를 검증하고자, 나로호 1차 비행 시험 실증 자료과 해당 설계 모델링 유동 해석 결과를 비교하였다. 나로호 비행 시험에 적용되었던 공급 조건과 충전모드에 따른 유량조절밸브 개도와 구동 절차 조건을 한국형발사체 발사대시스템 상세설계 모델링에 적용하여, 실증 자료와 모델링의 산화제 공급 유량값과 주요 압력값을 비교하였다. In this paper, KSLV-I flight test data and critical design results of filling operation for liquid oxygen filling system are compared to validate the reliability of the critical design modeling. Applying the filling and operation conditions on the critical design modeling, comparison of major flow rates and pressure values between test data and calculation results are conducted.

H₂O₂ 촉매 분해로 생성된 건식산화제를 활용한 NO 전환특성 연구

장정희,최희영,한기보 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.1

최근 대기질에 대한 인식 전환으로 질소화합물에 대한 규제가 강화되었다. 기초적인 질소화합물을 제거 방법으로 저비용의 스크러빙 공정이 사용되고 있으나, NO와 같은 저 반응성 물질들에 대한 효율이 낮은 단점이 있다. 기초적인 질소화합물 제거방법으로 스크러빙 공정이 사용되고 있으나, NO와 같은 저 반응성 물질들에 대한 제거 효율이 낮다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 SCR, 오존, 전자빔등의 방법을 사용하여 NO등을 산화시키는 공정을 도입하였으나, 높은 에너지 소비로 인한 설치 및 운전비가 높은 단점이 있다. 스크러빙 공정 효율을 극대화시키기 위해서 NO를 NO₂와 같은 고 반응성군으로 산화가능한 강력한 산화제가 필요하며, 기초연구를 통하여 강력한 산화력을 지닌 라디칼형 건식산화제가 과산화수소 촉매 분해를 통하여 생성될 수 있는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 과산화수소 촉매 분해를 통하여 생성된 건식산화제를 이용하여 NO 전환 특성에 관한 연구를 진행하였다. 이를 위하여 다양한 불균일계 고체산 촉매를 제조하여 촉매별 건식산화제 생성을 비교하였으며, 건식산화제에 의한 NO 전환특성을 확인하였다.

임신성 고혈압 임신부에서 지질과산화 및 항산화제 활성도

이종섭 ( Jong Seob Lee ),한도규 ( Do Gyu Han ),정우연 ( Woo Youn Jung ),이영기 ( Young Gi Lee ),이두진 ( Doo Jin Lee ),이승호 ( Sung Ho Lee ),박윤기 ( Yoon Ki Park ) 대한주산의학회 2002 Perinatology Vol.13 No.1

연구목적:임신 제3삼분기에서 임신성 고혈압의 병인론으로 제기되는 산화제와 항산화제의 활성도를 평가하기 위하여 정상 임신 및 임신성 고혈압 임신부의 혈액에서 산화계는 유리기에 의한 지질과산화의 정도로 malondialdehyde, 유리기의 제거에 관여하는 항산화계는 항산화효소인 superoxide dismutase와 총 항산화제의 활성을 측정, 비교 평가하고자 하였다. 방법:21명의 건강한 정상 임신부를 대조군으로, 22명의 건강한 비 임신부와 18명의 임신성고혈압 임신부를 대상군으로 하여 임신 제 3 삼분기에서 혈액을 채취하여 산화계는 지질과산화산물인 malondialdehyde, 항산화계는 superoxide dismutase와 총 항산화제를 측정하여 비교하였다. 고혈압이 지질과산화에 미치는 영향을 알기 위하여 임신부의 malondialdehyde 농도와 수축기 및 이완기 혈압과의 상관관계를 조사하였다. 결과:Malondialdehyde는 임신성 고혈압군에서 정상 임신군보다 유의하게 증가하였다(p<0.05). Superoxide dismutase는 임신성 고혈압군에서 정상 임신군보다 유의하게 감소하였으나(p<0.05), 총 항산화제는 양 군간에 유의한 차이가 없었다. 임신부에서 혈중 malondialdehyde와 수축기 및 이완기 혈압 사이에서 높은 양의 상관관계가 있었다(r=0.475, r=0.546, p<0.05). 결론:임신성 고혈압에서 지질과산화의 최종산물인 malondialdehyde 증가와 항산화효소 특히 superoxide dismutase의 감소가 임신성 고혈압의 병태생리에 관여한다고 생각된다. Objective:To assess maternal circulating levels of lipid peroxides, superoxide dismutase and total antioxidants of women with pregnancy-induced hypertension. Methods:Cross-sectional study consisting of 18 preeclamptic, 21 uncomplicated pregnant and 22 healthy non-pregnant women. Fasting venous blood samples were collected during the 3rd trimester of antepartum period and maternal circulating levels of malondialdehyde as a lipid peroxidation product, superoxide dismutase activity and total antioxidants were measured. Results:In the preeclamptic group, lipid peroxides were significantly increased, otherwise the activity of superoxide dismutase in the erythrocytes was significantly decreased compared to normal pregnant women. The value of serum total antioxidants was similar in both groups. Strong correlation was detected between malondialdehyde and blood pressure in the pregnant women. Conclusion:Preeclampsia is associated with decrease of antioxidant enzyme activity while lipid peroxidation was increased during the 3rd trimester of pregnancy. Therefore, a significant elevated lipid peroxidation and reduced superoxide dismutase activity may contribute to pathophysiology and pathogenesis of preeclampsia via vascular endothelial cell damage.

하이브리드 로켓에서의 연료포트 직경에 따른 연소특성에 관한 연구

이정표(Jung-Pyo Lee),조정태(Jungtae Cho),김기훈(Gihun Kim),김수종(Soojong Kim),김학철(Hakchul Kim),우경진(Kyoungjin Woo),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),김진곤(Jinkon Kim) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.11

원통형 형상의 연료 그레인을 적용한 하이브리드 추진 시스템에서 연료포트 초기 직경에 따른 연소특성을 고찰하였다. 산화제에 따라 달라지는 연료포트 직경에 따른 연소특성 변화를 알아보고자 산화제로는 GOX와 GN2O를 적용하였고, 고체연료로는 PE를 적용해 실험을 수행하였다. 동일 산화제 유량에서 산화제와 상관없이 고체연료의 초기 포트직경이 커짐에 따라 연소량이 감소함을 확인했고, 산화제로 GN2O를 적용한 경우가 산화제로 GOX를 적용한 경우보다 연료포트 초기 직경에 따른 연소량 차이가 줄어듦을 확인하였다. Combustion Characteristic with initial port-diameter of fuel was studied in hybrid propulsion system using cylindrical single port-grain. In order to understand a variation of combustion characteristic with initial port-diameter, experimental studies were performed with the GOX and GN2O as oxidizer, and PE as fuel. As results, burning rate decreased with increase of initial port-diameter of fuel. And the variation of burning rate with using GN2O is smaller than using GOX.