고속비행체에서 흡열연료의 이용기술 동향

김중연(Joongyeon Kim),박선희(Sun Hee Park),전병희(Byung-Hee Chun),김성현(Sung Hyun Kim),정병훈(Byung Hun Jeong),한정식(Jeong Sik Han) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

고속 비행기술의 발전과 엔진효율의 향상은 비행체와 엔진의 열적부하를 증가시킨다. 극초음속까지 비행체의 속도가 빨라지면 공기흐름을 이용한 냉각이 어렵기 때문에 항공유를 주요 냉각제로서 사용하게 된다. 연료가 열 흡수원(Heat sink)으로서 사용될 때 열분해반응 또는 촉매분해반응과 같은 흡열반응(Endothermic reaction)을 거쳐 분해가 되는데 이러한 특성을 지닌 연료를 흡열연료(Endothermic fuels)라고 한다. 흡열반응은 촉매를 통해 개선될 수 있지만, 코킹침적이 형성되기 이전까지의 온도로 제한된다. 본 연구에서는 흡열연료에 관련된 주요 기술을 조사하여 기초연구에 활용하고자 하였다. Advances in high speed flight technologies and engine efficiencies increase heat load on the aircraft. As the temperature of air flow is too high to cool the structure at hypersonic flight speeds, it is necessary to utilize the aircraft fuel as the primary coolant. By undergoing endothermic reaction, such as thermal decomposition or catalytic decomposition, aircraft fuels have heat sink potential. These fuels are called endothermic fuels. The endothermic reaction can be improved by catalysts, but limited by coke deposition. In this study the essential technologies of endothermic fuels are described, and intended to be used for basic research.

흡열연료를 이용한 고속비행체 냉각기술 동향

김중연(Joongyeon Kim),박선희(Sun Hee Park),전병희(Byung-Hee Chun),김성현(Sung Hyun Kim),정병훈(Byung Hun Jeong),한정식(Jeong Sik Han) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회지 Vol.14 No.2

As hypersonic flight speeds and engines efficiencies increase, heat loads on an aircraft and it’s engine increase. Because the temperature of the air flow is too high to cool the aircraft structure at hypersonic flight speeds, it is essential to use the aircraft fuel as the primary coolant. Endothermic fuels are liquid hydrocarbon aircraft fuels which are able to absorb the heat loads by undergoing endothermic reactions, such as thermal and catalytic cracking. The endothermic reactions are improved by catalysts which change the extent of reaction and product distribution. At high temperature, liquid hydrocarbons would lead to coke formation that can reduce the effectiveness of heat exchanger and cause rapid degradation of the catalyst, thus endothermic capacity of endothermic fuels is limited to the temperature at which coke doesn’t form. In this study, the essential cooling technologies by applying endothermic fuels and the properties of the endothermic fuels are described.

고속 비행체 냉각을 위해 사용되는 액체연료의 흡열량 측정연구

김중연(Joongyeon Kim),박선희(Sun Hee Park),현동훈(Dong Hun Hyeon),전병희(Byung-Hee Chun),김성현(Sung Hyun Kim),정병훈(Byung-Hun Jeong),한정식(Jeong-Sik Han) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회지 Vol.18 No.2

For hypersonic aircraft, increase of flight speeds causes heat loads that are from aerodynamic heat and engine heat. The heat loads could lead structural change of aircrafts component and malfunctioning. Endothermic fuels are liquid hydrocarbon fuels which are able to absorb the heat loads by undergoing endothermic reactions, such as thermal and catalytic cracking. In this study, methylcyclohexane was selected as a model endothermic fuel and experiments on endothermic properties were implemented. To improve heat of endothermic reaction, we applied zeolites and confirmed that HZSM-5 was the best catalyst for the catalytic performance. The objective is to investigate catalytic effects for heat sink improvement. The catalyst could be applied to system that use kerosene fuel as endothermic fuel.

고속비행체 연료의 초임계조건에서 열분해반응 연구

김중연(Joongyeon Kim),박선희(Sun Hee Park),전병희(Byung-Hee Chun),김성현(Sung Hyun Kim),정병훈(Byung Hun Jeong),한정식(Jeong Sik Han) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

극초음속 항공기 기술의 발전은 비행체 속도를 증가시키기 위해 진행되어 왔다. 하지만 비행체의 속도가 증가할수록 엔진에서 발생되는 열과 공기와의 마찰열이 증가하게 된다. 이러한 열적부하 처리를 위해 탄화수소형 흡열연료를 이용한 비행체 냉각에 대한 연구가 미국, 프랑스, 러시아 등 선진국에서 이루어지고 있다. 흡열연료(Endothermic fuels)는 열분해 또는 촉매분해와 같은 흡열반응(Endothermic reaction)을 통해 열을 흡수하는 액체 탄화수소 비행체 연료이다. 본 연구에서는 흡열연료의 모델연료로써 methylcyclohexane, n-octane, n-dodecane을 선정하여 흡열특성 연구를 진행하였다. 실험조건은 흡열연료가 사용되는 각 연료의 초임계 조건이며 온도별 분해율 분석, 열분해 생성물분석, 흡열량 계산을 수행하였다. 본 연구의 목표는 모델연료의 흡열특성을 규명함으로써 실제 비행체에 널리 사용되는 케로신 연료의 흡열특성 예측에 기여하는 것이다. Hypersonic aircraft technologies have been developed with increase in flight speeds. As hypersonic flight speeds increase, heat loads on an aircraft and it"s engine increase. Researches on cooling technologies using endothermic fuels are progressing in the USA, France, and Russia to treat the heat loads. Endothermic fuels are liquid hydrocarbon aircraft fuels which are able to absorb the heat loads by undergoing endothermic reactions, such as thermal and catalytic cracking. In this study, methylcyclohexane, n-octane, and n-dodecane were selected as model endothermic fuels and experiments in endothermic properties were implemented. Experimental conditions were supercritical phase of each model fuels in which actual endothermic fuels were exposed. The object of this study is to identify endothermic properties of the model endothermic fuels and to predict endothermic properties of actual fuels such as kerosene fuels.

고속 비행체 냉각을 위해 사용되는 액체연료의 흡열량 측정연구

김중연(Joongyeon Kim),박선희(Sun Hee Park),현동훈(Dong Hun Hyeon),전병희(Byung-Hee Chun),김성현(Sung Hyun Kim),정병훈(Byung Hun Jeong),한정식(Jeong Sik Han) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5

극초음속 비행체는 속도가 증가할수록 공기와의 마찰열과 엔진열이 증가한다. 이러한 열적부하는 비행체 구조물의 변형을 야기하고 오작동을 유발할 수 있다. 흡열연료는 액체 탄화수소 연료로써 열분해반응, 촉매분해반응과 같은 흡열반응을 통해 열을 흡수할 수 있는 연료이다. 본 연구에서는 methylcyclohexane을 모델연료로써 선정하여 흡열특성을 측정하는 연구를 수행하였다. 반응열을 향상시키기 위해 제올라이트를 적용하였고 HZSM-5가 흡열량 향상에 가장 효과적인 것을 확인하였다. 본 연구의 목적은 흡열량 향상에 미치는 촉매의 영향을 연구하는 것이다. 이 촉매는 케로신연료를 흡열연료로써 사용하는 시스템에 적용될 수 있을 것이다. For hypersonic aircraft, increase of flight speeds causes heat loads that are from aerodynamic heat and engine heat. The heat loads could lead structural change of aircraft"s component and malfunctioning. Endothermic fuels are liquid hydrocarbon fuels which are able to absorb the heat loads by undergoing endothermic reactions, such as thermal and catalytic cracking. In this study, methylcyclohexane was selected as a model endothermic fuel and experiments on endothermic properties were implemented. To improve heat of endothermic reaction, we applied zeolites and confirmed that HZSM-5 was the best catalyst for the catalytic performance. The object of this study is to investigate catalytic effects for heat sink improvement. The catalyst could be applied to system that use kerosene fuel as endothermic fuel.

고속비행체 연료의 초임계조건에서 열분해반응 연구

김중연(Joongyeon Kim),박선희(Sun Hee Park),전병희(Byung-Hee Chun),김성현(Sung Hyun Kim),정병훈(Byung Hun Jeong),한정식(Jeong Sik Han) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회지 Vol.15 No.5

Researches on hypersonic aircraft technologies have been carried out to increase flight speeds. However, increase in flight speeds causes heat loads that could lead structural change of aircraft’s component. Researches on cooling technologies using endothermic fuels are progressing in the USA, France and Russia to treat the heat loads. Endothermic fuels are liquid hydrocarbon aircraft fuels which are able to absorb the heat loads by undergoing endothermic reactions, such as thermal and catalytic cracking. In this study, methylcyclohexane, n-octane, and n-dodecane were selected as model endothermic fuels and experiments in endothermic properties were implemented. Experimental conditions were supercritical condition of each model fuels in which actual endothermic fuels were exposed. The object of this study is to identify endothermic properties of the model endothermic fuels and to predict endothermic properties of actual fuels such as kerosene fuels.

자동차 전면부 디자인에서 헤드램프의 디자인 요소에 따른 감성변화

김중연(Joongyeon Kim),한광희(Kwanghee Han) 한국HCI학회 2014 한국HCI학회 학술대회 Vol.2014 No.2

본 연구에서는 자동차의 전면부 디자인에서의 헤드램프의 형태, 비율, 라디에이터 그릴과의 거리 변화가 사람들의 감성에 변화를 주는지 알아보고자 했다. 연구에서 독립변인은 헤드램프의 형태, 비율, 헤드램프와 라디에이터 그릴 간의 거리를 각각 세 수준으로 하였다. 종속 변인으로는 쾌-불쾌, 각성, 고급감을 측정하였다. 연구 결과 조건별 쾌-불쾌 차원에서의 유의미한 결과는 관찰되지 않았으나, 각성차원에서는 형태와 거리에 따른 이원 상호작용 효과가 유의미하게 나타났다. 고급감 차원에서는 형태, 비율, 거리에 따른 주효과 및 형태와 거리의 이원 상호작용효과가 유의미하였다. 결과적으로 본 연구는 헤드램프의 형태, 비율, 라디에이터 그릴과의 거리에 따라 유발되는 감성에 차이가 있음을 밝혔다. This study was conducted to examine emotional changes induced by the design factors, which are shape of head-lamps, ratio of length to width of head-lamps and distance between head-lamp and radiator grill. The independent variables in this study were shape of head-lamps, ratio of length to width of head-lamps, and distance between head-lamp and radiator grill, each prepared in three levels. The dependent variables were perceived pleasantness, arousal, and luxuriousness. As a result, on pleasantness dimension, there was no main effect of each factor. However, there was a significant interaction effect between shape and distance on arousal. Moreover, there were significant main effects of shape, ratio, distance on luxuriousness. A two-way interaction effect between shape and distance was also discovered. As a result, it was proved that there are effects of the shape of head-lamps, ratio of length to width of head-lamps and distance between head-lamp and radiator grill on emotional changes.

제올라이트계 촉매의 기공구조 조절를 통한 항공유의 흡열량 향상 연구

현동훈(Dong Hun Hyeon),김중연(Joongyeon Kim),전병희(Byung-Hee Chun),김성현(Sung Hyun Kim),정병훈(Byung Hun Jeong),한정식(Jeong Sik Han) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

극초음속 비행체에서는 공기와의 마찰열과 엔진열의 증가로 기체 내부의 열적 부하가 발생한다. 이는 비행체 내부 구조물의 변형을 일으키고 오작동을 발생시킬 수 있다. 흡열연료는 액체 탄화수소 연료로써 흡열반응을 통해 열을 흡수할 수 있는 연료이다. 본 연구에서는 exo-tetrahydrodicyclopentadiene을 모델연료로써 선정하고 제올라이트 촉매의 금속담지를 통하여 흡열 특성의 변화를 측정하는 연구를 수행하였다. 이를 통하여 상용촉매보다 우수한 흡열성능을 가지는 촉매를 확보하였다. 본 연구의 목적은 흡열량 향상에 미치는 촉매의 특성을 연구하는 것이다. 이 촉매는 상용촉매를 대체하여 exo-THDCP를 흡열연료로 사용하는 시스템에 적용될 수 있을 것이다. In hypersonic aircraft, increase of aerodynamic heat and engine heat leads heat loads in airframe. It could lead structural change of aircraft’s component and malfunctioning. Endothermic fuels are liquid hydrocarbon fuels which are able to absorb the heat load by undergoing endothermic reactions. In this study, exo-tetrahydrodicyclopentadiene was selected as a model endothermic fuel and experiments on endothermic properties were investigated with pore structure controlled zeolite catalyst using metal deposition. We secured the catalyst that had better endothermic performance than commercial catalyst. The object of this study is inspect catalyst properties which have effect on heat absorption improvement. Synthetic catalyst could be applied to system that use exo-THDCP as endothermic fuel instead of other commercial catalyst.

첨가제를 이용한 액체연료의 열안정성 향상

박선희(Sun Hee Park),김중연(Joongyeon Kim),전병희(Byung-Hee Chun),한정식(Jeong Sik Han),정병훈(Byung Hun Jeong),김성현(Sung Hyun Kim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

본 연구의 목적은 열안정성을 향상시키는 첨가제 (열안정제)를 이용하여 exo-tetrahydrodicyclopentadiene (exo-THDCP, C10H16)의 열안정성을 향상시키는 것이다. 실험은 반응 진행 중 미량의 시료 추출이 가능한 회분식 반응기에서 수행되었다. 추출한 시료를 gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)를 이용해 성분 분석하여 첨가제 성능-exo-THDCP의 열분해성-을 확인하고, 반응시간에 따른 exo-THDCP의 분해생성물의 성분 및 조성 변화를 통해 첨가제의 작용 메커니즘을 규명하였다. 열안정제로써 수소공여체를 사용하여 실험한 결과 1,2,3,4-tetrahydroquinoline (THQ), benzyl alcohol(BnOH) 등을 첨가하였을 때 exo-THDCP의 열안정성이 향상되었다. 이러한 수소공여체 물질들은 개시반응이 진행된 exo-THDCP 라디칼에 수소원자 (hydrogen radical)를 제공함으로 라디칼의 반응성을 완화시켜 1차 생성물의 활성을 감소시키어 2차생성물질인 C11이상 생성물의 발생을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. Thermal stability of exo-tetrahydrodicyclopentadiene (exo-THDCP) were investigated in a batch-type reactor perfectly coated with quartz. The 1 ml liquid product, which was a sufficiently small amount so as not to affect the reaction pressure, was sampled at 90 min intervals during the reaction and determined by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) to measure thermal decomposition products of exo-THDCP and specify mechanism for additives (thermal stabilizer). Hydrogen donors (thermal stabilizer) such as 1,2,3,4-tetrahydroquinoline (THQ), benzyl alcohol (BnOH) increased thermal stability of exo-THDCP. These materials donated hydrogen to radical of exo-THDCP produced after initiation of exo-THDCP to decrease activity of primary products of exo-THDCP.

촉매특성조절 및 2단계 크래킹반응을 이용한 액체연료의 흡열량 향상 연구

현동훈(Dong Hun Hyeon),김중연(Joongyeon Kim),전병희(Byung-Hee Chun),김성현(Sung Hyun Kim),정병훈(Byung Hun Jeong),한정식(Jeong Sik Han) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

극초음속 비행체에서는 공기와의 마찰열과 엔진열의 증가로 기체 내부의 열적 부하가 발생한다. 이는 비행체 내부 구조물의 변형을 일으키고 오작동을 발생시킬 수 있다. 흡열연료는 액체 탄화수소 연료로써 흡열반응을 통해 열을 흡수할 수 있는 연료이다. 본 연구에서는 exo-tetrahydrodicyclopentadiene을 모델연료로 선정하고 촉매 특성을 조절한 제올라이트의 2단계 반응을 통하여 흡열특성의 변화를 측정하는 연구를 수행하였다. 이를 통하여 상용촉매보다 우수한 흡열성능을 가지는 촉매를 확보하였다. 본 연구의 목적은 흡열량 향상에 미치는 촉매의 특성을 연구하는 것이다. 이 촉매는 상용촉매를 대체하여 exo-THDCP를 흡열연료로 사용하는 시스템에 적용될 수 있을 것이다. In hypersonic aircraft, increase of aerodynamic heat and engine heat leads heat loads in airframe. It could lead structural change of aircraft’s component and malfunctioning. Endothermic fuels are liquid hydrocarbon fuels which are able to absorb the heat load by undergoing endothermic reactions. In this study, exo-tetrahydrodicyclopentadiene was selected as a model endothermic fuel and experiments on endothermic properties were investigated with characteristic controlled zeolite catalyst using 2 step reaction. We secured the catalyst that had better endothermic performance than single commercial catalyst. The object of this study is inspect catalyst properties which have effect on heat absorption improvement. Characteristic controlled catalyst could be applied to system that use exo-THDCP as endothermic fuel instead of other commercial catalyst.