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연소 시험을 통한 과산화수소 기반 고성능 친환경 단일추진제 제작 기법 검증
백승관(Seungkwan Baek),정우석(Woosuk Jung),Maxime Monette,권세진(Sejin Kwon) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12
독성의 하이드라진을 대체하기 위한 이온성 추진제 등의 고성능 친환경 단일추진제의 생산 및 취급기술은 전략물자로 구분되어 있다. 이에 기술 확보 및 비용 절감을 위해 고성능 친환경 단일추진제의 독자적인 국내 제작 및 취급 기술 확보가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 하이드라진의 대안으로 과산화수소와 에탄올을 혼합한 예혼합 추진제를 제시했다. 국내 제작 및 취급 기술 검증을 위해 취급 가능한 등급의 과산화수소 및 에탄올을 사용했다. 10 N급 단일추진제 추력기를 활용, 연소 시험을 진행 및 결과 분석을 통해 검증을 진행했다. 그 결과 95% 이상의 높은 특성 속도 효율 및 온도 효율을 보였고, 연소 시험 전, 후 촉매 특성 또한 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 이를 통해 하이드라진 대체 과산화수소 기반 고성능 친환경 단일추진제의 국내 제작 및 취급 기법을 검증했다. Production and treatment technology of high performance green monopropellant like ionic propellant for replacing toxic hydrazine is categorized as strategic technology. Thus, high performance green propellant handling technology development as domestic technology is necessary. In this research, premixed propellant based on hydrogen peroxide and ethanol is fabricated that is possible to handle in domestic market for high performance green monopropellant. 10 N scale monopropellant thruster was used to evaluate performance of fabricated propellant. Characteristic velocity efficiency and thermal efficiency was higher than 95% as a result of firing test, and characteristics of catalyst was not changed after firing test.
백승관(Seungkwan Baek),강홍재(Hongjae Kang),권세진(Sejin Kwon) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
액체 단일 추진제는 전략물자로 구분되어 국내 취급 및 생산의 한계가 있어 전량 수입에 의존하는 실정이다. 이에 본 연구에서는 기존 추진제의 대안을 제시하였다. 상용 등급 과산화수소를 산화제로 사용, 에탄올 연료를 블렌딩하여 촉매 연소를 통해 높은 이론 성능 및 친환경성, 고성능 액체 추진제 생산 및 취급의 자립성의 장점을 모두 확보할 수 있다. 이론 성능 평가를 통해 하이드라진, 이온성 연료의 이론 성능을 상회할 수 있으며 고농도 과산화수소보다 높은 이론 성능을 가지는 것을 확인했다. 별도의 점화 설비 없이 백금 촉매를 사용하여 추력 실험을 진행했다. 실험 결과 블렌딩한 과산화수소의 자연 점화가 발생하여 기존 친환경 액체 추진제의 대안으로 에탄올 블렌딩 상용 과산화수소의 적용 가능성을 확인했다. Many research groups totally depend on imports for handling liquid monopropellants because these propellants are classified by strategic material. In this research, an alternative is suggested to replace strategic green propellants with commercial grade hydrogen peroxide using ethanol blending. This propellant has benefits for high performance, eco-friendly, and self-support of strategic propellants. Theoretically, this green propellant has higher performance than that of high test peroxide, hydrazine and ionic liquid propellants depends on its mixture ratio. Firing test with catalysts had been progressed without any ignition plugs. Platinum catalyst occured auto-ignition of ethanol-blended commercial grade hydrogen peroxide, and we evaluated performance and possibility of commercial grade hydrogen peroxide with ethanol blending.
과산화수소의 촉매 분해를 활용한 수중 제트 추진 시스템 개념 설계
백승관(Seungkwan Baek),강홍재(Hongjae Kang),안병욱(Byeonguk Ahn),윤용태(Yongtae Yun),이재호(Jaeho Lee),권세진(Sejin Kwon) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
로켓 등급의 고농도 과산화수소는 촉매 분해를 통해 높은 온도의 산소와 수증기를 발생하며, 이와 같은 성질을 이용하여 우주 추진 기술로 사용된 바 있다. 본 연구에서는 과산화수소의 촉매 분해를 이용한 수중 추진 시스템 관련 문헌 조사 및 개념 설계를 진행했다. 과산화수소 분해 가스를 분사하는 분사기 설계의 경우 로켓 노즐 설계 방식과 유사하게 진행했으며, 두 종류의 형태로 엔진 설계를 진행했다. 환형의 형태의 가스 분사기를 갖는 엔진을 제작하여 수중 환경에서 작동 시험을 수행했으며, 엔진 노즐 출구의 면적에 따른 성능 변화를 관찰했다. 향후 중앙에서 가스를 분사하는 방식의 엔진을 제작하여 성능 평가를 수행할 예정이다. High temperature oxygen and water vapor was generated from catalytic decomposition of rocket grade highly concentrated hydrogen peroxide, and monopropellant thruster system was developed and applied into space propulsion system. In this research, background research and conceptual design of underwater propulsion system using catalytic decomposition of hydrogen peroxide was progressed. Two types of system was designed with different steam injection methods. Propulsion system that has ring-type steam injector was manufactured and performance estimation of system was performed with different nozzle exit area. Performance evaluation with central steam injection type jet engine will be progressed in the future.
백승관(Seungkwan Baek),Maxime Monette,정연수(Yeon Soo Jung),김주원(Juwon Kim),김우람(Wooram Kim),조영민(Youngmin Jo),윤호성(Hosung Yoon),이재완(Jaewan Lee),권세진(Sejin Kwon) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
ADN 기반 고성능 친환경 단일추진제 추력기는 독성의 하이드라진을 대체하기 위해 유럽 등지의 우주 선진국에서 활발히 연구 중에 있으며, 고성능 친환경 단일추진제 중 유일하게 우주 환경에서 시험을 통해 검증을 수행한 바 있다. 본 연구에서는 ADN 기반 고성능 친환경 단일추진제 추력기의 국내 자체 개발을 위해 추진제 및 분해 촉매를 합성하고, DSC-TG 분석을 통해 추진제의 촉매 연소 성능을 검증했다. 또한 5 N 급 액체 단일추진제 추력기를 활용하여 연소 시험을 수행하여 추진제의 촉매 연소를 확인했다. Research of ADN-based monopropellant thruster is progressed by developed countries in Europe to replace toxic hydrazine, and ADN-based monopropellant thruster system is the only system that was proved in space environment. In this research, ADN-based propellant and catalyst was fabricated to develop ADN-based monopropellant thruster, and catalytic combustion performance with fabricated propellant and catalyst were evaluated with DSC-TG analysis. Catalytic combustion of propellant and catalyst was determined with firing test using 5 N scale liquid monopropellant thruster.
고체연료 램젯용 HTPB 연료그레인에 첨가제와 점화보조제가 미치는 영향
정우석(Woosuk Jung),백승관(Seungkwan Baek),정연수(YeonSoo Jung),권태수(Taesoo Kwon),박주현(Juhyun Park),김인철(Incheol Kim),권세진(Sejin Kwon) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
첨가제와 점화 보조제가 적용된 고체연료 램젯 용 연료 그레인의 연소시험을 수행하여 점화 지연과 연소 효율을 확인하였다. 연료 그레인은 HTPB에 AP 파우더 15 wt.% 보론 입자 5 wt.%가 혼합된 형태로 구성되어 있다. 연료 그레인에 NC/BKNO3와 Composite 추진제로 이루어진 점화보조제를 도포하여 우수한 점화성능을 확보하였다. 에탄올 블렌딩 과산화수소 가스발생기를 통해 램젯 연소실의 공기와 가깝도록 온도, 압력, 산소 조성을 조절한 산화제 가스를 유속 200 kg/m<SUP>2</SUP>s 으로 흐르도록 설정하였다. 실험 결과, 점화보조제의 작동을 통해 연료그레인에서 0.5초의 점화 지연시간을 파악하였다. 또한 보론의 연소를 통해 8 bar의 일정한 연소실 압력과 0.86의 높은 연소 효율을 확인하였다. Firing test of the fuel grain for solid fuel ramjet with additives and ignition support material was conducted. Fuel grain consist of HTPB mixed with AP particle 15 wt.%, Boron particle 5 wt.%. To cause the short ignition delay, ignition support consist of NC/BKNO3 and composite propellant was coated to the fuel grain. An oxidant gas having a controlled temperature, pressure and oxygen composition close to the air condition in the ramjet combustor was supplied using the Ethanol blended H2O2 gas generator. Gas was set to flow at a mass flow rate of 150 g/s and mass flux of 200 kg/m<SUP>2</SUP> in the grain port. Through the test, ignition support operated well and ignition delay of 0.5. During the test, stable chamber pressure with 8 bar and high combustion efficiency of 0.86 was confirmed.
램젯 연소실 조건에서 점화보조제가 도포된 Fuel-rich 추진제의 점화
정우석(Woosuk Jung),백승관(Seungkwan Baek),김영일(Youngil Kim),권태수(Taesoo Kwon),박주현(Juhyun Park),권세진(Sejin Kwon) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12
램젯 연소실 조건에서 점화보조제가 도포된 Fuel-rich 추진제의 점화 실험을 수행하여 점화 지연과 연소 유지를 확인하였다. 연료 그레인은 HTPB에 AP 파우더 15 wt.%, Al 파우더 5 wt.%가 혼합된 형태로 구성되어 있다. 한편 연료 그레인에 NC/BKNO₃와 Composite 추진제로 이루어진 점화보조제를 도포하여 빠른 점화지연이 나타나도록 하였다. 에탄올 블렌딩 과산화수소 가스발생기를 통해 램젯 연소실의 공기와 가깝도록 온도, 압력, 산소 조성을 조절한 산화제 가스를 유속 200 kg/㎡s으로 공급하였다. 실험 결과, 점화보조제가 잘 작동하여 연료그레인에서 0.6초의 점화 지연시간을 파악하였고 연소중에는 화염이 유지되는 것을 확인하였다. Ignition test of the fuel-rich propellant coated with ignition support material in the ramjet combustor condition was conducted. Ignition delay and flame holding was measured. Fuel grain consist of HTPB mixed with AP particle 15 wt.%, Al particle 5 wt.%. To cause the short ignition delay, ignition support consist of NC/BKNO₃ and composite propellant was coated to the fuel grain. Ethanol blended H₂O₂ gas generator control the temperature, pressure, O₂ concentration in the oxidizer gas in the air. Gas is supplied with mass flux of 200 kg/㎡ s. Through the test ignition support operated well and ignition delay of 0.6 second and the Flame was sustained.