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Bodner-Partom 점소성 모델을 이용한 액체로켓 연소기 재생냉각 채널 구조해석
류철성,백운봉,최환석 한국추진공학회 2006 한국추진공학회지 Vol.10 No.4
Elastic-viscoplastic structural analysis has been performed for regenerative cooling chamber of liquid rocket thrust chamber using Bodner-Partom visco-plastic model. Strain rate test was conducted for a copper alloy at various temperatures in order to get material constants of visco-plastic model used in the structural analysis. Material constants of visco-plastic model were obtained from strain rate test results and visco-plsstic model was incorporated into finite element program, Marc, by means of a user subroutine. The structural analysis results indicated that the deformation of cooling channel is mostly caused by thermal loading rather than pressure loading and confirmed structural stability of the cooling channel under the operating condition. Bodner-Partom 점소성 모델을 이용하여 액체로켓 연소기 재생냉각 챔버의 구조해석을 수행하였다. 구조해석에 사용한 점소성 모델의 재료상수를 구하기 위하여 구리합금에 대하여 변형률 속도를 변화시켜 인장시험을 상온 및 고온에서 수행하였다. 점소성 모델은 상용유한요소 해석 프로그램인 Marc의 사용자 서브루틴을 이용하여 구현하였다. 구조해석 결과 냉각 채널은 압력에 의한 하중보다 열하중에 의하여 대부분의 변형이 발생하며 연소기의 작동조건에서 냉각 채널의 구조적인 안정성 여부를 확인할 수 있었다.
류철성,김홍집,최환석,Ryu, Chul-Sung,Kim, Hong-Jip,Choi, Hwan-Seok 대한기계학회 2007 大韓機械學會論文集A Vol.31 No.10
Elastic-plastic structural analysis for regenerative cooling chamber of gas generator was performed. Uniaxial tension test was conducted for STS316L at room and high temperature conditions to get the material data necessary for the structural analysis of the chamber which was operated under thermal load and high internal pressure. Physical properties including thermal conductivity, specific heat and thermal expansion were also measured. The structural analysis for four different types of regenerative cooling chamber of gas generator revealed that increased cooling performance decreased the thermal load and strain of the cooling channel structure. The results propose that in order for the regenerative cooling gas generator chamber to have high structural stability with endurance to high mechanical and thermal loads, it is important for the chamber to be designed to have high cooling performance.
류철성(Chul-Sung Ryu),최환석(Hwan-Suk Choi) 한국항공우주연구원 2008 항공우주기술 Vol.7 No.2
액체로켓 연소기의 제작에 필수적인 재생냉각 노즐의 벌징공정에 대한 연구를 수행하였다. 벌징공정을 개발하기 위하여 벌징시험용 재료에 대한 인장시험을 수행하여 기계적인 물성 값들을 획득하였다. 벌징공정을 완료하기 위해서는 벌징치구가 2개 또는 3개 필요하였다. 재료의 네킹이 벌징공정에서 발생되는 주된 실패 원인이었으며, 재료의 그레인 사이즈가 이 네킹 발생에 큰 영향을 미침을 본 연구에서 나타났다. 그레인 사이즈를 조절한 재료로 현재 개발된 벌징공정을 이용하여 축소형 및 30톤 실물형 재생냉각 노즐의 제작을 성공적으로 수행함으로서 본 연구에서 개발된 벌징공정의 적용성 및 유용성을 보여주었다. A study has been conducted on the bulging process of regenerative cooling nozzle which is essential for the manufacturing of liquid rocket thrust chamber. Tension tests have been performed for the material to be used for the development of the bulging process and mechanical properties are obtained by the test. Two or three bulging tools were required to complete the bulging process. The necking of the material was a major failure encountered in the bulging process and a research has revealed that grain size of the material has considerable effect on its occurrence. The presently developed bulging process with a controlled grain size material has been successfully applied to the manufacturing of subscale and 30-tonf full scale regeneratively cooled nozzle while demonstrating the applicability and usefulness of the presently developed bulging process.
류철성(Chul-Sung Ryu),최환석(Hwan-Seok Choi),이동주(Dong Ju Lee) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.12
재생냉각형 액체로켓 연소기의 냉각채널 설계에 대한 탄-소성 구조설계를 수행하였다. 구조해석에 필요한 데이터를 얻기 위하여 여러 가지 온도에서 재생냉각 챔버 제작에 사용하는 구리합금의 단축인장시험을 수행하였다. 재료시험 결과 구리합금은 브레이징 공정후에 연화되어 강도 값이 매우 저하되며 온도가 증가함에 따라 유동 응력 값이 더 작게 나타났다. 재료시험 데이터를 이용하여 냉각채널의 구조해석을 수행한 결과 채널 내부 냉각유체에 의한 내부압력보다 고온의 연소가스에 의한 열 하중에 의하여 채널의 변형이 심하게 발생함을 확인하였다. 따라서 기계적인 하중을 견딜 수 있는 한도 내에서 냉각채널의 두께를 감소시켜 열 하중을 최소화함으로서 연소기의 무게 감소, 냉각성능 향상, 그리고 구조적인 안정성을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. Elastic-plastic structural analysis for regenerative cooling chamber of liquid rocket thrust chamber is performed. Uniaxial tension test is also conducted for the copper alloy in order to get material data necessary for the structure analysis. The results of uniaxial tension test reveal that copper alloy become ductile after brazing process and flow stress becomes lower as temperature becomes higher. As a result of structural analysis using the material data, the deformation of cooling channel is more increased by thermal load than by internal pressure of cooling fluid. Therefore, the results of analysis show that structural stability and cooling performance of combustion thrust chamber which is designed to endure mechanical load and minimized a channel thickness are improved by decreased thermal load as possible.