소형 추진기관을 이용한 고체 추진제의 연소속도 측정

정철영(Chulyoung Jeong),김한준(Hanjoon Kim) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.5

추진제의 연소속도는 추진기관을 설계할 때 반드시 필요한 요소이다. 추진제의 연소속도는 중립적 압력선도를 얻을 수 있는 추진제 그레인을 설계/제작하여 지상연소시험을 통해 압력을 확인하고 연소속도 계산식의 계산을 통해 얻는다. 이렇게 얻어진 계산된 연소속도 값은 표준화된 추진제의 시편을 제작하여 스트렌드 버너에서 연소시켜 얻어진 추진제의 연소속도 값과 비교하여 정확한 연소속도 값을 확인하게 된다. 본 연구는 추진기관 설계에 필수요소인 추진제 조성에 따른 연소속도를 효율적으로 얻고자 소형 추진기관을 설계/제작/시험/분석 하였다. Burning rate of a propellent is an essential factor when designing a propulsion system. In order to come up with burning rate, first we need to design and build propellent grain to get neutral pressure curve. Then check the pressure with ground test and calculate the burning rate using burning rate equation. This burning rate is then compared to the burning rate of a propellent which was resulted from making a standardized specimen and combusting it using a strand burner. An accurate burning rate is calculated after comparing those two burning rates. For this study, compact propulsion system was designed, produced, tested and analyzed in order to get burning rates, an essential factor in propulsion system design, in an effective way.

HTPB 바인더를 이용한 미 경화 추진제의 연소 특성

김낙현(Nakhyun Kim),김정은(Jungeun Kim),홍명표(Myungpyo Hong) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

본 연구에서는 HTPB를 적용한 고체추진제의 공정간 검사를 위해 경화제를 넣기 전과 넣은 후의 미경화 추진제의 연소속도를 검토하였다. 그리고 경화제를 넣기 전 미 경화 추진제의 연소속도는 압력 1000psi에서 약 9.7mm/s 정도이며, 경화시간에 따른 연소속도 변화는 없었다. 경화제가 들어간 미 경화 추진제의 연소속도는 약 8.1mm/s로 시간에 따라 느려지는 경향을 보였다. 경화반응 속도가 느린 미 경화 추진제는 시간에 따라 연소속도가 서서히 느려졌으며, 경화반응 속도가 빠른 미 경화 추진제는 연소속도가 빠르게 느려지는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 완전히 경화된 추진제의 연소속도는 약 6.8mm/s 정도로 가장 느린 것으로 나타났다. In this study, we examined the burning rate of the uncured propellant (with and without a curing agent application) in order to inspect the process of the HTPB solid propellant. The burning rate of the uncured propellant, that did not contain the curing agent, was approximately 9.7mm/s at 1000psi. In relation to the curing time, the burning rate was constant. The propellant, with the curing agent application, was approximately 8.1mm/s showed a tendency of slowing as it burned. When the cure reaction rate was low, in accordance to the time, there were small changes in burn rate. However, when the cure reaction rate was high, the difference in burning rate was increased. The burning rate of a fully-cured propellant was approximately 6.8mm/s, which appeared to be the lowest in order.

금속선이 삽입된 추진제 그레인의 Burn-back 해석

이현섭,오종윤,양희성,이선영,길태옥 한국추진공학회 2022 한국추진공학회지 Vol.26 No.2

금속선이 삽입된 추진제 그레인은 높은 충전율을 유지하면서 연소속도를 증가시키기 위해 사용되어왔다. 금속선이 삽입된 추진제 그레인을 사용하는 추진기관의 성능설계를 위해서는 금속선의 위치, 개수, 배치각도, 금속선에서의 추진제 연소속도 증가비에 따른 burn-back 해석이 요구된다. 본 연구에서는 금속선이 삽입된 추진제 그레인의 설계변경에 대응하여 신속하게 연소면적을 계산할 수 있는 수치적 방법이 개발되었다. 개발된 방법과 CAD 프로그램으로부터 도출된 연소면적 결과를 비교하였으며, 격자의 반경방향 크기가 줄어들수록 오차율이 줄어드는 것을 확인 했다. 금속선의 개수 및 위치변경에 따른 영향성 분석이 수행되었으며, 금속선의 개수가 증가하면 연소초기 및 말기 구간이 짧아지고 정상상태구간이 길어지는 것이 확인되었다. 금속선을 배치할 때, 서로 다른 반경에 금속선을 배치하는 경우에서 동일한 반경에 금속선을 배치하는 경우보다 연소초기 영역에서의 연소면적이 급증하고 연소말기에서 연소면적이 급감하는 것이 확인되었다. Propellant grains with embedded metal wires have been used for enhancement of burning rate while maintaining high loading density. For the performance design of a solid rocket motor using propellant grain with embedded metal wires, burn-back analysis is required according to number, location, arrangement angle of metal wires, and augmentation ratio of the propellant burning rate near a wire region. In this study, a numerical method to quickly calculate a burning surface area was developed in response to the design change of the propellant grain with embedded metal wires. The burning surface area derived from the developed method was compared with the results of a CAD program. Error rate decreased as the radial size of the grid decreased. Analysis for characteristics of burning surface area was performed according to the number and location of metal wires, the initial and final phases were shortened and the steady-state phase was increased when the number of metal wires increased. When arranging the metal wires at different radii, the burning surface area rapidly increased in the initial phase and sharply decreased in the final phase compared to the case where the metal wires were disposed in the same radius.

고체추진제 연소속도 측정의 정밀도 향상을 위한 초음파 신호 잡음제거 기술 연구

전수균(Su-Kyun Jeon),송성진(Sung-Jin Song),김학준(Hak-Joon Kim),고선필(Sun-Feel Ko),오현택(Hyun-Taek Oh),김인철(In-Chul Kim),유지창(Ji-Chang Yoo),정정용(Jung Yong Jung) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5

기존 연구를 통해 초음파법을 이용한 고체추진제 연소속도 측정 시스템 및 연소속도 산정 기법을 개발하였으며, 스트랜드버너법과 비교하여 두 측정 기법의 특성을 비교해보았다. 그 결과 초음파법은 측정된 추진제의 잔존길이를 연소시간으로 미분함으로써 고체 추진제의 연소속도를 계산하기 때문에 한번의 시험으로 넓은 압력구간에 걸쳐 고체추진제 연소속도를 구하는 장점이 있으나, 초음파 측정신호의 잡음이 연소속도의 정밀도 및 신뢰성에 영향을 미침을 알 수 있었다. 따라서, 본 연구에서는 압력시험과 연소시험에서 획득한 측정신호의 잡음 제거 기법을 제안하고, 제안된 기술을 적용하여 연소속도를 측정한 결과와 제안된 기술을 적용하지 않은 경우를 비교하여 제안된 기술의 성능을 평가하였다. Ultrasonic techniques have the advantage of determining the burning rates with wide range of pressure in only a single test. However, ultrasonic techniques have a drawback, which is that they are using high frequency transducers and it is easily affected by noise. Therefore, ultrasonic measurement method needs noise reduction algorithm to improve or grantee accuracy of burning rate measurements of solid propellants using ultrasound. Thus, in the present study, we propose a noise reduction method of measured ultrasonic signals by applying wavelet shrinkage.

고체추진제 초음파 연소속도 측정 정밀도 향상을 위한 초음파 감쇠 분석

오현택(Hyun-Taek Oh),송성진(Sung-Jin Song),김학준(Hak-Joon Kim),고선필(Sun-Feel Ko),강토(To-Kang),김인철(In-Chul Kim),유지창(Ji-Chang Yoo),정정용(Jung Yong Jung) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.5

고체추진제 연소속도 측정을 위한 초음파법은 한 번의 실험으로 연소속도를 측정할 수 있기 때문에 적용되어 왔다. 하지만 스트랜드버너법을 대체하기 위해서는, 초음파법의 정확성과 신뢰성이 증명되어야 한다. 본 논문에서는 초음파법을 이용하여 측정한 연소속도와 스트랜드버너법으로 측정한 결과의 차이를 비교하였다. 그리고 측정된 연소속도의 분산과 고체추진제의 초음파 감쇠와의 연관성을 조사하였다. Ultrasonic method is applied for measuring burning rates of the solid propellants, since it can measure burning rates as a function of pressure in a single test performed. However, to replace the stand burner method by the ultrasonic method, it is necessary to verify of its accuracy and reliability. In this study, we investigated the performance of the ultrasonic method for burning rate measurements by comparison to the strand burner results. Furthermore, we investigated the relation between the attenuations of solid propellants and data scattering in the measured burning rates.

고체추진제의 연소속도 증진기술

김준형(Junhyung Kim),임유진(Yoojin Yim),김인철(Inchul Kim),박영철(Youngchul Park),서태석(Taeseok Seo),정정용(Jungjung Yong),유지창(Jichang Yoo) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5

본 연구에서는 고연소속도 고체추진제 개발을 위한 현재의 기술들과 연구동향을 분석하였고, 연소 속도 조절제에 대한 추진제 적용 및 연소 특성에 대해 검토하였다. 또한 연소속도 조절제로 bis(ethylenediamine)copper perchlorate(BECP)를 제조하였고 이의 연소특성이 Butacene/AP 추진제에서 평가되었다. 결과적으로, Butacene과 AP로 구성된 고연소속도 고체 추진제에서 금속배위화합물인 BECP는 고체추진제의 연소속도를 크게 증진시켰다. In this study, the current researches and the developing trend of the high burning rate solid propellants were briefly introduced and the effects of burning rate modifiers in the propellants on the combustion properties were reviewed. At the same time, bis(ethylenediamine)copper perchlorate(BECP) has been prepared as a burning rate modifier, and the burning characteristics were investigated in Butacene/AP propellants. The results showed that the metal complex, BECP, can increase remarkably the burning rate of high burning rate Butacene/AP propellants.

초음파 기법을 이용한 해수반응 금속연료의 연소속도 측정

서무경,강토,김훈희,조승완,송성진,김학준,유지창,김준형,정정용 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.2

A method exists to raise the propellant efficiency by upgrading fuel in a rocket motor system in water. By using sea water as a second oxidizing agent, hydro reactive metal fuel(HRF) has the advantage of improving the propellant efficiency compared with that of the standard solid propellant, which includes 60 ~70% oxidizing agent of propellant content. To measure the burning rate of HRF propellants, we used an ultrasonic method to investigate the burning rate as a function of pressure in a single test. In this research,we measure the burning rates of HRF propellants by using an ultrasonic method whose suitability had been verified by measurements in earlier studies. The burning rate data for the HRF propellants in this study can be used as a future reference for burning features of HRF propellants in second stage combustion with water. 수중 운동체의 로켓 추진 체계에서 효율을 향상시키기 위하여 추진 연료효율을 향상시키는 방법이 있다. 해수 반응 금속연료(이하 HRF 추진제)는산화제의 함량이 60 ~70 % 포함되어 있는 일반적인 고체추진제와는 다르게 해수를 2차 산화제로 사용하는 것을 목적으로 하여산화제의 함량을 줄이고 금속 연료 함량을 증가시켜 추진 체계 효율의증가를 꾀할 수 있다. 이런 HRF 추진제의 연소 특성중의 하나인 연소속도측정을 위하여, 한 번의 실험으로 압력 변화에 따른 연소 속도 측정이가능한 초음파 기법을 적용하였다. 본 논문에서는 기존 연구들을 통하여검증된 초음파 기법을 사용하여 HRF 추진제의 연소속도를 측정하고자한다. 본 논문에서 측정된 연소 속도 데이터는 향후 HRF 추진제가실질적으로 해수와의 2차 반응할 때의 연소 특성 파악에 있어 참고하는데이용될 수 있다.

고체 추진제의 연소속도 증진 방안 연구

이선영(Sunyoung Lee),홍명표(Myungpyo Hong),이형진(Hyoungjin Lee) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

본 연구에서는, 고연소속도 고체 추진제 개발을 위하여 금속연료인 Al 과 Zr이 도입된 HTPB/AP계 추진제의 연소특성에 대한 연구를 수행하였다. 고체 추진제의 연소특성은 연소속도와 압력지수로서 평가하였으며 연소속도 증진을 위한 연소촉매제로서 Butacene을 적용하여 추진제를 제조하였다. Al과 Zr이 도입된 추진제가 성능 및 연소 특성이 향상되었음을 보였다. In this study, we carried out the study on the combustion characteristics of HTPB/AP propellants with Al and Zr as fuel metal in order to develop the solid propellant with high burning rate. The major combustion characteristics of propellant were investigated as measuring of the burning rate and pressure exponent, and the HTPB/AP solid propellants were prepared with introducing Butacene as burning rate catalyst for the enhancement of burning rate. The propellant with Al and Zr was demonstrated the improvement of propellant performance and combustion characteristic.

수반응성 금속 연료의 연소 속도 측정을 위한 초음파 측정 시스템 개발

서무경(Mu-Kyung Seo),강토(To Kang),김훈희(Hun-Hee Kim),황영인(Young-In Hwan),김학준(Hak-Joon Kim),송성진(Sung-Jin Song),유지창(Ji-Chang Yoo),김준형(Jun-Hyung Kim),정정용(Jung-Yong Jung) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5

수중 운동체의 연료로 사용되는 수반응성 금속 연료(Hydro-Reactive metal Fuel, 이하 HRF)는 일반적인 고체 추진제와 달리, 산화제를 물을 이용하여 사용기 때문에 산화제의 함량이 매우 적다. 수중 운동체의 추진 성능 평가를 위해서는 HRF 추진제의 연소 특성을 평가해야 하는데 연소 특성 평가 방법 중 하나로 추진제의 연소속도를 측정한다. 초음파법은 한 번의 실험으로 연소 중의 압력 범위에서의 연소 속도 데이터를 획득할 수 있기 때문에 효과적이고 경제적인 측정 방법이다. 그래서 본 논문에서는 초음파법을 HRF 추진제에 적용하여 가수 조건이 구현 가능한 HRF 추진제의 연소속도 측정 시스템을 개발하고자 한다. Hydro-Reactive metal Fuel(HRF) propellant used in underwater vehicles has far lower oxidizer content than general solid propellant because of using water as oxidizer unlike general solid propellant. Measuring burning rate is one of evaluation methods about burning character for evaluating propulsion efficiency of underwater vehicles. The ultrasound method is used as an effective and economical tool for measuring burning rate of solid propellants, because it can measure burning rate of solid propellants with wide range of pressure in a single test. So , in this paper, ultrasound method is used in ultrasound measuring system enabling water to inject a combustion chamber for measuring burning rates of HRF propellant.

초음파를 이용한 해수반응 연료의 연소거동 고찰 연구

서무경(MuKyung Seo),강토(To Kang),조승완(SeungWan Cho),김학준(Hakjoon Kim),송성진(SungJin Song),김준형(JunHyung Kim),유지창(JiChang Yoo),정정용(JungYong Jung) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

수중에서 추진되는 초고속 로켓 모터에 적용이 가능한 해수반응 금속연료 (Hydro-Reactive metal Fuel, 이하 HRF) 추진제는 연료의 적재량을 증가시키기 위해 채용하는 추진제이다. 하지만, 현재까지 HRF 추진제에 대한 연소속도 측정 기술 개발에 대한 연구는 미비한 상태이다. 본 연구팀은 연소 속도를 측정하는 기법들 중, 한 번의 실험으로 압력 변화에 따른 연소속도 측정이 가능한 초음파 법을 개발하여 고체 추진제의 연소속도를 측정하고 신뢰성을 검증하였다. 본 논문에서는 기 개발된 시스템을 이용하여 HRF 추진제의 연소 속도를 측정하였다. Hydro-Reactive metal Fuel (HRF) which has more fuel than general solid propellant reducing oxidizing agent is suitable for ultrahigh speed rocket motor in the water. However, burning rate of HRF has not been studied yet. Through the earlier studies, we established ultrasonics measurement system measuring burning rate of solid propellant as a function of pressure in a single test and verified its reliability. In this paper, we will measure burning rate of HRF using ultrasound with previous development measurement system.