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0.4 MW급 플라즈마 풍동을 이용한 우주용 내열재료의 삭마 시험
오필용(Philyong Oh),최정철(Jung Chul Choi),문세연(Se Youn Moon),홍봉근(Bong Guen Hong) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
우주비행체의 지구 재진입시 고엔탈피 압축성 유동에 의한 공력 마찰로 인해 비행체는 표면으로부터 10 MW/㎡ 이상의 열유속이 발생한다. 이로 인한 우주용 내열재료의 평가가 필요하며, 열차폐체는 비행시험에 사용 되기전 지상에서의 성능시험이 필수적으로 요구된다. 고엔탈피 플라즈마 풍동은 초음속 비행과 우주 비행체의 지구 재진입 조건 등 극한 환경의 모사가 가능하므로 열차폐체 평가 및 고온재료의 성능시험에 적용할 수 있다. 고온삭마 재료 중 탄소섬유강화 복합재 [4-5] 는 강한 산화 저항성과 높은 열기계적 성능이 우수해 우주용 내열재료로 사용된다. 극한 공력가열에 노출되는 우주용 내열재료의 평가를 위해 전북대학교 고온플라즈마응용연구센터에 구축된 0.4 MW급 분절형 아크 히터 플라즈마 토치를 이용하여 내열 삭마시험을 하였다. 분절형 아크 히터 풍동은 초음속의 고온 플라즈마 유동을 통해 내열재료의 삭마 거동을 살펴보았으며, 시편의 노출 시간, 표면 온도, 표면 침식율, 질량 감소율 등을 관찰하였다. 아크 플라즈마 풍동의 열유속은 5 ~ 10 MW/㎡ , 속도는 마하 3의 조건에서 실험하였다. Space vehicles reentering the earth"s atmosphere at high speed face a high enthalpy supersonic plasma flow induced by aerodynamic heating of the vehicle"s surface [1-3], which can transfer a heat flux above 10 W/m2 to a vehicle"s surface, necessitating the development of reliable thermal protection systems (TPS). A segmented arc plasma torch was designed to produce a supersonic plasma flow with enthalpy above 13 MJ/kg at a velocity of Mach 3. With flow rate of the gas in 16 g/s and the 195 input current in, we investigate evaluation of Heat Shield Materials for Aerospace Applications using a 0.4 MW class segmented arc plasma.