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이선재(Sunjae Rhee),이정표(Jungpyo Lee),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),김진곤(Jingon Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5
본 연구에서는 하이브리드 로켓에서 발생되는 대표적인 불안정성 모드에 대한 연구를 수행하였다. 연소 불안정을 유도하기 위하여 연료 전방 및 후방에 다이아프램(diaphragm)을 설치하여 연소 실험을 수행 하였다. 길이방향 음향 모드(Longitudinal Acoustic Mode)와 헬름홀츠 모드(Helmholtz Mode)의 이론 모델을 사용한 주파수 계산 결과와 FFT 분석을 이용해 얻은 실험 주파수 비교를 통해 해당 모드를 찾을 수 있었고, 이론 주파수와 실험 주파수가 유사함을 확인하였다. In this paper, the typical combustion instabilities in hybrid rocket were studied. To induce combustion instabilities in the combustor with the diaphragms were mounted, on front and rear of the fuel, and combustion experiments were performed. The calculated theoretical frequencies using Longitudinal Acoustic Mode and Helmholtz Mode are compared with experimental frequencies using FFT analysis. The theoretical calculated results showed good agreements with experimental results are compared.
End-Burning 하이브리드 로켓의 스월 강도 변화에 따른 연료 후퇴율에 관한 연구
최원준(Wonjun Choi),우경진(Kyoungjin Woo),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),김진곤(Jinkon Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5
본 연구는 End-Burning 하이브리드 로켓 연소에서 연료직경과 인젝터 형상 변화, 인젝터 각도 변화를 통한 스월강도 변화에 따른 연소특성의 변화을 알아보기 위해 수행하였다. 연료직경이 커지면 연료의 연소량이 증가하고, 인젝터 직경이 커질수록 후퇴율이 낮아졌다. 그리고 본 연구의 End-Burning 연소기는 고체연료의 연소율에 미치는 영향이 산화제 유동의 Impinging 효과 보다는 Swirl 효과가 더 큼을 확인했다. 스월상수를 적용한 후퇴율식을 도출하여, 스월상수가 서로 다른 경우들에 대한 후퇴율 관계식을 하나의 식으로 표현할 수 있었다. In this paper, the regression rate of the End-Burning Hybrid Rocket with variation of swirl intensity was investigated experimentally with the variation of fuel diameter, injector shape and angle. When fuel grain diameter is large, fuel mass flow rate increases. And the injector diameter increase, fuel regression rate decrease. The impinging effect of oxidizer flow on fuel surface for fuel combustion efficiency is stronger than swril effect in this End-burning propulsion system. The relation between the regression rate, oxidizer mass flux and swirl intensity was obtained.
용융성 고체 연료를 사용한 하이브리드 로켓의 연소 불안정 특성 연구
김수종(Soojong Kim),김학철(Hakchul Kim),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),김진곤(Jinkon Kim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
본 연구에서는 빠른 후퇴율을 갖는 용융성 고체연료를 사용한 연소 실험을 수행하여 연소 중 압력 진동 특성을 분석하고 연소 불안정의 위해성을 검토하였다. 빠른 후퇴율을 가지는 용융성 고체연료는 기존의 폴리머계 연료에 비해 압력 진동의 진폭이 증가하였다. 그러나 연료 그레인 내부 직경의 증가가 연소실 압력 진동의 증폭을 제한하여 급격한 연소 불안정은 거의 일어나지 않았다. 축방향 인젝터를 사용하는 경우 연료 연소량의 큰 증가와 예연소실에서의 와류 진동이 큰 압력 진동을 유발하였다. In this study, combustion tests using liquefying fuels with fast regression rate were performed. The chamber pressure oscillation was analyzed and hazards of combustion instabilities were examined. In case of Liquefying fuel with fast regression rate, the amplitude of chamber pressure oscillation was increased compared to the polymeric fuels. However, the critical combustion instability can hardly occur in liquefying fuel. This is because the rapid change of inner chamber diameter limits the amplification of chamber pressure oscillation. The chamber pressure oscillation due to the large increase of fuel production and the vortex shedding in pre-chamber violently occurs during combustion using single-port axial injector.
비연소성 다이아프램의 설치 위치에 따른 하이브리드 연소기의 연소 특성 연구
김학철(Hakchul Kim),문근환(Keunhwan Moon),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),김진곤(Jinkon Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5
본 연구에서는 비연소성 다이아프램의 설치 위치에 따른 하이브리드 연소기의 후퇴율 및 연소효율 특성에 관한 연소실험을 수행하였다. 고체 연료의 전방으로부터 25%, 50%에 설치하였을 때 설치 위치에 따른 후퇴율 및 연소 효율은 큰 차이가 없었으며 다이아프램 설치로 인한 효과는 국부적인 영향을 주었을 것으로 판단된다. The hybrid combustion were performed with the different diaphragm position for the experimental studies on characteristic of regression rate and combustion efficiency. The diaphragm was installed in 25% and 50% of fuel length from the front of solid fuel, respectively. As results of experiments, the position of diaphragm has small effect on the regression rate and combustion efficiency. It is considered that the diaphragm has local effect near the diaphragm.
비선형 연소 불안정을 적용한 고체로켓모터의 내탄도 해석
홍지석(Ji-Seok Hong),문희장(Heejang Moon),성홍계(Hong-Gye Sung),엄원석(Won-Suk Ohm),이도형(Dohyung Lee) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
연소 불안정 예측은 고체로켓모터 설계시 성능이나 구조적 안정성을 다루는 측면에서 매우 중요한 부분이다. 연소실 압력의 상승은 연소율, 국부 연료 표면의 유동 속도, 연료의 응답 함수에 영향을 미치기 때문이다. 이러한 현상은 대부분 음향 모드가 연소/유동과정에서 발생하는 진동수와 결합(coupled)되었을 때 발생한다. 본 연구에서는 이러한 현상을 분석하기 위하여 비선형 파동방정식으로부터 음향 불안정 모델을 유도하여 선형 불안정 모델과 결합하여 내탄도 해석에 적용하였다. 이 해석 모델을 이용하여 고체로켓모터 연소실의 형상, 연소실 압력, 연소 속도가 연소 불안정에 미치는 영향을 조사하였다. 최종적으로 실린더에서 슬롯(slot)으로 확장하는 그레인 형상의 고체 로켓 모터를 이용하여 침식 연소를 고려한 1차원 내탄도 해석과 연소 불안정 해석을 수행하여 모터의 안정성을 판단하였다. Combustion instability prediction poses an obvious threat to the structural stability and performance of the motor. Elevated pressures modify the burning rate, local surface mean flow Mach number, and the apparent response function of the propellant. This phenomenon generates when acoutic mode was coupled with frequency that occurs in the combustion/flow process. In this paper, for analysis acoustic phenomenon in solid rocket motors, a nonlinear acoustic instability model which is derived from the nonlinear wave equation and is combined with the linear acoustic instability model applied to internal ballistics. The influence was concerned with combustor configuration, chamber pressure and burning rate by using this analysis method. Finally, the stability of the solid rocket motor with extending into slot was determined to perform the one-dimensional internal ballistics that was considered with erosive burning and linear/nonlinear acoustic instability analysis.
김학철(Hakchul Kim),김준성(Junseong Kim),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),이훈기(Hunki Lee),엄원석(Wonsuk Ohm),이도형(Dohyung Lee) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회지 Vol.17 No.5
Linear stability analysis for combustion instability within a cylindrical port of solid rocket motor has been conducted. The analysis of acoustic energy has been performed by a commercial COMSOL code to obtain the mode function associated to each acoustic mode prior to the calculation of stability alpha. An instability diagnosis based on the linear stability analysis of Culick is performed where special interests have been focused on 5 stability factors(alpha) such as pressure coupling, nozzle damping, particle damping and additionally, flow turning effect and viscous damping to take into account the flow and viscosity effect near the fuel surface. The instability decay characteristics depending on the particle size is also analyzed.