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배지열(Ji-Yeul Bae),박슬기(Sulki Park),김태환(Taehwan Kim),송지운(Jiwoon Song),함희철(Heecheol Ham),배주찬(Ju Chan Bae),조형희(Hyung Hee Cho) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11
로켓 설계에서 내열 설계는 공력 설계와 더불어 매우 중요하다. 내열 설계에 있어 노즐 표면에 임무 시간동안 노즐형상을 유지할 수 있는 내열재를 추가하게 되는데 이때 내열재의 추가는 시스템 중량을 상승시켜 성능 하락을 유발할 수 있다. 따라서 내열재를 적절하게 설계해 노즐에 적용하는 것이 중요한데 이를 위해서 내열재의 정확한 물성을 아는 것이 매우 중요하다. 이때 가장 중요한 물성이 열분해율을 결정하는 열반응상수와 활성화에너지이다. 따라서 본 연구에서는 탄소/페놀릭 내열재의 열반응상수를 측정하는 실험을 진행하였다. 아음속에서 소형 모터를 이용해 실험한 온도 분포로 열반응상수를 역으로 도출하였고 이는 선행 문헌의 결과와 유사하였다. In rocket design process, thermal design is one of the most important aspect. In order to protect nozzle, adequate amount of heat protection material is added to nozzle for required mission time. However adding heat protection material increase the system weight and reduce overall performance. Therefore optimization of heat protection material is important and it requires accurate properties of heat protection material. Among the properties of materials, kinetic constant and activation energy that govern decomposition process are the most important. Thus kinetic constant measurement is done with small test motor experiment in subsonic region.
이차분사노즐 작동 조건 변화에 따른 SITVC 성능해석
배지열(Ji-Yeul Bae),송지운(Jiwoon Song),김태환(Taehwan Kim),조형희(Hyung Hee Cho),배주찬(Ju Chan Bae) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11
SITVC 시스템의 이차분사 노즐 분사 조건 변화에 따른 시스템 성능 변화를 수치적으로 연구하였다. 해석에 사용된 형상은 3차원 종형 수축-팽창 노즐이고 측면에 8개의 이차분사 노즐을 가진다. 노즐 내부 유동은 전압이 70bar이며 300K의 cold flow로 가정하였다. 이차 유동의 유량 변화와 노즐 작동 조건 변화를 고려하였다. 상용코드인 Ansys Fluent v.13을 통해 해석하였고, 난류모델은 Spalart-Allmaras model(1- equation)를 사용하였다. 충격파의 수치적 진동을 막고 충격파의 불연속성을 잘 해석하기 위해 AUSM+ scheme을 사용하였다. Axial thrust, side force, system specific impulse ratio 와 같은 성능 변수를 사용해 시스템 성능을 평가하였다. Performance of Secondary Injection Thrust Vector Control system is investigated under various secondary injection operating conditions. 3-dimensional converging-diverging nozzle having 8 secondary injection nozzles is used in this numerical study. Total pressure of flow inside the nozzle is about 70bars, and total temperature set to 300K for cold flow simulation. Effect of secondary injection flow rate and injection nozzle configuration is considered in this research. Simulation is conducted with commercial CFD code Ansys Fluent v13. Spalart-Allmaras(1-equation)model is used for turbulence modeling with AUSM+ scheme. Various performance factors as Axial thrust, side force, system specific impulse ratio are considered and explained for system performance evaluation.
유한요소해석을 통한 쿼츠/페놀릭 5매 주자직 재료의 비등방 열전도도 평가
배형모(Hyung Mo Bae),배지열(Ji-Yeul Bae),배주찬(Ju Chan Bae),조형희(Hyung Hee Cho) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
섬유 복합재는 열전도도가 서로 다른 섬유와 충전제로 구성되어 있고, 이에 의해 비등방 열전도도를 지닌다. 비등방 열전도도는 소재의 설계에 있어 중요한 물리적인 특성으로, 수치해석을 통한 비등방 열전도도의 예측이 필요하다. 본 연구는 비등방 열전도도를 예측하는 해석기법을 확립하고, 기존에 공개되어있지 않은 쿼츠/페놀릭 5매 주자직의 열전도도를 도출하였다. 해석기법을 확립하기 위해 공개되어 있는 탄소/에폭시 평직 복합재의 열전도도의 실험값과 유한요소해석 결과와의 비교 검증을 수행하였고 유한요소해석 결과는 실험결과가 잘 일치함을 확인하였다. 검증된 유한요소해석 기법을 이용하여 실제 레이돔 제작에 사용되는 쿼츠/페놀릭 5매 주자직의 비등방 열전도도를 예측하였고, 섬유체적비가 복합재의 면외 방향 열전도도에 미치는 영향을 평가하였다. Fiber composites are composed of fiber and matrix, and it causes orthogonal thermal conductivity of materials. Evaluation of orthogonal thermal conductivity is important research with respect to thermal design of materials. The purpose of this study is to establish finite element method to expect orthogonal conductivity of fiber composite and to evaluate orthogonal conductivity of quartz/phenolic 5 harness satin. Validation between results of this study and results of precedent experiment is carried out, and the results have good agreement. Orthogonal conductivity of quartz/phenolic 5 harness satin is obtained and the effect of volume fraction of fiber is studied.
해석방법 및 연소가스특성 적용에 따른 로켓 노즐 대류열전달계수의 매개변수적 비교 고찰
김용구(Yonggu Kim),배주찬(Joochan Bae),김진옥(Jinok Kim) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
30°-15° 노즐의 실험결과와 FLUENT, 경계층 적분법, Bartz 예측식을 사용하여 수치계산한 대류열전 달계수를 서로 비교하였다. 또한 NASA HIPPO 노즐을 대상으로 FLUENT와 경계층 적분법을 이용하여 연소가스특성에 따른 대류열전달계수를 계산하고 압력과의 상관관계를 비교하였다. NASA HIPPO 노즐을 대상으로 열반응 해석을 실시하여 연소가스특성에 따른 삭마두께와 숯 깊이를 비교하였다. Experimental results of 30°-15° nozzles were compared with numerically calculated convective heat transfer coefficients using FLUENT, Boundary Layer Integration Method and Bartz predictions. Also, the convective heat transfer coefficients were calculated by using FLUENT and boundary layer integration method for NASA HIPPO nozzles according to the characteristics of combustion gas and the correlation between pressure and pressure was compared. Finally, thermal analysis of NASA HIPPO nozzle was performed to compare the ablation thickness and char depth according to the combustion gas characteristics.
김민식(Minsik Kim),배주찬(Joochan Bae),김동건(Donggeon Kim) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
본 연구에서는 외부하중을 고려하여 Fulton과 Vasiliev가 제안한 돔형상 식을 적용하여 복합재 압력용기의 돔형상을 설계하고 해석하였다. 돔형상 설계변수로는 0.1 ~ 0.5 의 오프닝 반경비와 40kN ~ 200kN의 추력을 적용하고, 해석에는 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하였다. 복합재 압력용기 내면과 외면의 섬유방향 변형률을 계산한 결과, Fulton 돔의 경우 ρ0가 커질수록 변형률 기울기가 작아지고, Vasiliev 돔은 뚜렷한 경향성이 나타나지 않는다. 또한 ρ0 ≤ 0.1 일 경우 모든 추력에서 Fulton 돔이 변형률 기울기가 더 큰 것을 확인 할 수 있었다. 0.1< ρ0 < 0.35 인 경우 주어진 추력 범위에서 변형률 기울기가 역전되는 형상을 보이며, 0.35 ≤ ρ0 에서는 모든 구역에서 Vasiliev 돔이 변형률 기울기가 더 크게 나타나 압력용기의 설계에 적용하는 것이 효과적이라고 판단된다. 또한 복합재 압력용기의 변형률 기울기로 인해 발생하는 수지균열을 고려한 돔형상 설계가 필수적이다. In this study, we perform the design of dome geometry for the composite pressure vessel with applying the equation of Fulton and Vasiliev considering external load(thrusts). Variables of the dome geometry are opening radius ratio(ρ0) from 0.1 to 0.5 and thrust level from 40kN to 200kN. We conduct Finite Element Analysis(FEA) by using ABAQUS. As a result, the strain of the composite pressure vessel has shown strain gradient from inner to outer of dome surface. And the strain gradient may cause crack of resin inside the composite laminate. Strain gradient of Fulton dome is monotonously decreased as the ρ0 increases, but the strain gradient of Vasiliev dome bas shown some different trend. when ρ0 ≤ 0.1, strain gradient of Fulton’s is higher than Vasiliev’s. But when 0.1 < ρ0≤ 0.35, strain gradient of Vasiliev’s becomes higher than Fulton’s. And in the case of 0.35 ≤ ρ0, strain gradient of Vasiliev’s is higher than Fulton’s. So the Vasiliev dome is more effective in ρ0 ≤ 0.1 condition and Fulton dome is more effective in 0.35 ≤ ρ0 condition. So, it’s important for dome design to consider the crack of resin cause of the strain gradient.