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윤원재(Wonjae Yoon),이인환(In Hwan Lee),안규복(Kyubok Ahn) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
많은 분야에서 시제품 제작에 3D 프린터를 이용하고 있지만, 첨가가공이라는 가공방법의 한계 상 높은 정밀도가 요구되는 분사기 분야에서는 아직까지 사용되고 있지 않다. 와류형 분사기의 분무 특성은 분사기의 기하학적인 형상, 분무 조건에 의해 영향을 받는다. 본 연구에서는 광중합 방식을 이용한 3D 프린터로 제작된 동축 와류형 분사기의 수류시험을 통해 3D 프린팅을 분사기 분야에 적용할 수 있는지 가능성을 확인해 보았다. 프린팅 방식과 방향에 따라 다양한 케이스의 분사기를 제작하였으며, 각각 분사압력 변화에 따른 유량을 측정하여 유량계수를 계산해보았다. 실험결과 적층 방향/방식에 따라 조금씩 다른 결과가 나타났으며 동일한 조건에서 제작된 분사기들에서는 비교적 일관적인 결과를 얻을 수 있었다. Though a 3D printer has been used for making a prototype in lots of fields, it is rarely used due to the limitation of the manufacturing method in the injector field which requires high-accuracy tolerance. The characteristics of a swirl injector depend on the geometric shape and the injection condition. In the present research, the possibility whether a 3D printing technique is applied for making a swirl injector or not has been examined by conducting cold-flow tests with swirl coaxial injectors manufactured by the 3D printer using photopolymerization process. After various injectors were printed according to the printing direction and method, the flow rates were measured and their discharge coefficients were calculated under different injection pressures. Each injector shows different result and the injectors printed by the same condition presents coherent results.
윤원재(Wonjae Yoon),이봄(Bom Lee),안규복(Kyubok Ahn) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12
액체로켓엔진 가스발생기에서 사용되는 동축 와류형 분사기의 분무특성에 대한 연구를 수행하기 위해 리세스 길이 및 분사기의 회전방향이 co-swirl과 counter-swirl로 다른 총 8개의 분사기를 제작하여 수류실험을 수행하였다. 본 연구는 가스발생기 분사기에서 유량비가 변할 때 이에 따른 분무특성이 어떻게 영향 받는지 알아보기 위해 수행되었으며 분사조건 및 리세스 길이에 따른 분무각, 유량계수의 변화를 연구하였다. 실험결과 단일분사일 경우 연소실용 분사기와 유사하게 분무각이나 유량계수 모두 리세스 길이, 스월 방향에 따른 영향이 없는 것으로 나타났지만 혼합분사일 경우 질량유량 비에 따라 분무각과 유량계수 모두 변하는 것을 관측할 수 있었다. In order to investigate the effects of recess length and swirl direction of the bi-swirl injector for the gas generator, eight bi-swirl injectors, which had different recess length and co-swirl/counter-swirl direction between inner close-type swirl and outer open-type swirl injector, were designed and manufactured. The spray angle and discharge coefficient of the bi-swirl injectors were investigated by changing the injection mode such as single injection and bi-injection. From the experimental data, it was found that the spray angle increased as the injection pressure increased during single injection regardless of recess length and swirl direction, similarly to the data of bi-swirl injectors for a thrust chamber. In the bi-injection’s case, the mass ratio of the inner swirl injector to the outer swirl injector affected the spray angle and discharge coefficient.
분사조건에 따른 동축 와류형 분사기의 유량계수 특성 연구
윤원재(Wonjae Yoon),안규복(Kyubok Ahn),김현웅(Hyun Wung Kim),방정석(Jeong Seok Bang) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
동축 와류형 분사기는 바깥쪽과 안쪽에 각각 와류형 분사기가 결합되어 있는 특수한 형태의 분사기로 액체로켓엔진을 위해 사용된다. 와류형 분사기의 다양한 분무특성 중 유량계수에 대한 이해는 정확한 유량을 분사해야 하는 로켓 연소실 환경에서 매우 중요하다. 이 연구에서 사용된 분사기는 open-type 분사기가 바깥쪽에, closed-type 분사기가 안쪽에 위치하는 형태를 사용하였고, 분사기의 형상과 분무조건의 변화에 따른 유량계수 특성을 연구하기 위해 5개의 서로 다른 리세스 길이를 가진 동축 와류형 분사기를 사용하였다. 단독분사일 경우 각 분사기의 유량계수는 분사압력이나 O/F 비에 무관하게 일정하였지만 혼합분사일 경우 리세스 길이가 커서 분사기 내부에서 두 유체가 혼합될 경우 바깥쪽 분사기의 유량계수는 O/F 비가 증가함에 따라 감소하였다. Bi-swirl injector which consist of open-type and closed-type swirl injector for outer and inner injector respectively is a special type of injector for a liquid rocket engine. For stable operation of the rocket engine, understanding the spray characteristic especially discharge coefficient is very important. In this study, the discharge coefficient of bi-swirl injector was investigated by the injection condition and recess length. Five bi-swirl injectors which have different recess length were designed and manufactured. Discharge coefficient of each injectors was constant by the pressure drop and O/F ratio in solo injection but discharge coefficient of outer injector was decreased as O/F ratio was increased in internal mixing region.
윤원재(Wonjae Yoon),이봄(Bom Lee),안규복(Kyubok Ahn),김현웅(Hyun Wung Kim),방정석(Jeong Seok Bang) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
냉각채널은 유체의 유동상태와 채널 단면의 형상에 따라 압력손실에 변화가 생기게 된다. 본 연구에서는 모사 냉각채널을 제작하였고, 모사 냉각채널 내의 압력 손실을 알기 위하여 냉각 채널의 형상과 내부 유동 조건을 변화시켜 연구를 진행하였다. 서로 다른 단면 형상을 가지는 5개의 냉각 채널을 설계하였다. 채널에 곡률이 있는 시편과 없는 시편을 설계하여 커터와 엔드밀로 가공하여 제작하였다. 채널 내의 유속을 변화시켜 채널의 형상에 따른 압력손실을 실험적으로 연구하였다. 실험 결과 직선형 채널에서는 거칠기가 작고, 나선형 채널에서는 곡률이 작을수록 압력손실이 작게 측정됨을 알 수 있었다. Cooling channel cross-sectional shape and inside fluid flow affect pressure loss. The 5 cooling channels were designed to have different cross-sectional features. The cooling channels had straight and spiral curvature, and was manufactured by cutter or end mill. Experimentally, by changing fluid velocity, pressure loss inside the cooling channel was investigated. The result of an experiment showed that the lower roughness and lower curvature caused the low pressure loss in the cooling channels.
윤원재 ( Wonjae Yoon ),안규복 ( Kyubok Ahn ) 충북대학교 산업과학기술연구소 2015 산업과학기술연구 논문집 Vol.29 No.2
To investigate the measurement methods of swirl spray angles, back-lit spray photographs were taken using a high-speed camera during cold-flow tests. Since the spray was turbulent and the instantaneous spray shape was time-dependent, the spray angles were measured and averaged from twenty photographs. In the present study, two methods were studied to measure the spray angle. The first is to utilize the linear regression method from the locations of spray surface and the second is to average sequentially the spray angles from each spray surface point. The two methods showed a difference in the spray angle for each photograph. However, the spray angles averaged from twenty photographs using two methods were almost same.