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배진현(Jinhyun Bae),정석규(Seokgyu Jeong),윤영빈(Youngbin Yoon) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
우주 발사체의 발사 실패 원인 중 가장 대표적인 것이 연소불안정 현상이다. 연소불안정은 연소실 내부의 압력 섭동과 열방출 섭동의 상호작용으로 인하여 연소실 내부의 압력 섭동이 크게 증폭되는 현상을 말하며, 이러한 현상이 심해지게 되면, 엔진의 폭발 또는 비행체의 추락 등이 일어나게 된다. 이러한 연소불안정 현상을 예측하고 회피하기 위해서는 현상의 이해가 반드시 필요하며, 이를 위해 국내외적으로 연소불안정에 대해 수치적, 이론적, 실험적인 접근을 통한 연구가 많이 진행되고 있다. One of the most common causes of failure of space launch vehicles is combustion instability. Combustion instability is a phenomenon that the pressure perturbation inside the combustion chamber is greatly amplified due to the interaction of the pressure perturbation inside the combustion chamber and the heat release perturbation. When this phenomenon becomes worse, an engine failure or launch vehicle crash occurs. In order to predict and avoid such combustion instability, understanding of the phenomenon is indispensable, and numerical, theoretical, and experimental approaches to combustion instability have been carried out worldwidely.
저비용 우주 발사체 개발 동향 및 이를 위한 차세대 연료에 대한 고찰
배진현(Jinhyun Bae),구자예(Jaye Koo),윤영빈(Youngbin Yoon) 한국항공우주학회 2017 韓國航空宇宙學會誌 Vol.45 No.10
인공위성의 경량화 및 소형화로 인하여 대형발사체보다는 발사 비용이 저렴한 저비용 발사체에 대한 관심이 증가되고 있다. 저비용 발사체의 비용 절감 중 가장 대표적인 방식이 발사체의 재사용이다. 저비용 발사체를 개발하고 있는 대부분의 기업들 역시 발사체 재사용 방식을 채택하고 있다. 이러한 재사용 목적과 더불어 친환경 우주 발사체에 대한 요구가 증가되면서 저비용 발사체에 사용되는 연료의 선택 역시 매우 중요해졌다. 친환경적이면서 발사체의 재사용이 가능하게 하는 연료 중 에너지 밀도 등 다른 요인을 고려했을 때 가장 적합한 것이 메탄이며, 메탄에 수소를 첨가하여 에너지 밀도를 높게 만든 HCNG(hydrogen-enriched compressed natural gas) 역시 적합하다고 판단되었다. 본 연구는 한국형 발사체 개발 이후 국내 우주 개발 방향 설정의 참고자료로써 전 세계 저비용 발사체 동향 및 로켓 연료의 특성에 대해 고찰하였다. Due to the weight reduction and miniaturization of satellites, there is a growing interest in low-cost launch vehicles, which are cheaper to launch than larger launch vehicles. One of the most cost-effective ways to reduce the cost of launch vehicles is the reuse of vehicles. Most companies that are developing low cost launch vehicles are also adopting a vehicles reuse approach. Along with this reuse purpose, the demand for environmentally friendly space launch vehicles has increased, so the choice of fuel used for low cost launch vehicles has also become very important. Methane and hydrogen-enriched compressed natural gas (HCNG), which makes more energy-efficient by adding hydrogen to methane, are considered to be the most suitable when considering other factors such as energy density among the fuels that are eco-friendly and capable of reusing the launch vehicles. This study investigated the trends of low-cost launch vehicle and rocket fuel in the world as a reference for setting up domestic space development after the development of Korea Space Launch Vehicle-II.
배진현(Jinhyun Bae),김태성(Taesung Kim),정석규(Seokgyu Jeong),정찬영(Chanyeong Jeong),최정열(Jeong Yeol Choi),윤영빈(Youngbin Yoon) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
본 연구에서는 스피커를 사용하여 Jet와 Swirl 유동에 각각 가진을 가함으로써 기체-기체 동축형 제트-스월 인젝터의 Injector transfer function (ITF)을 측정하였다. Feed system의 길이를 변화시켜감에 따라 ITF를 측정한 결과 섭동이 가해진 유동이 흐르는 공간의 공진주파수에서 ITF의 peak가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. Jet 유동을 변화시키면서 Jet 유동에 가진을 줄 때, ITF의 크기는 감소하다가 56 slpm 이후부터는 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, Jet와 Swirl 유동의 속도차가 클수록 ITF의 크기가 커지는 것을 확인할 수 있었다. Swirl 가진 시에는 Jet 유동이 증가함에 따라 ITF가 감소하는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 후단에서 일정 유량 대비 가진 에너지가 감소하기 때문이며, 이러한 차이는 후단의 Hot wire anemometer가 인젝터 중심축에 위치하기 때문이다. In this study, the injector transfer function (ITF) of a gas-gas coaxial jet-swirl injector is measured by applying excitation to jet or swirl flow using a loudspeaker. As a result of measuring the ITF according to the variation of feed system length, the ITF peak occurs at the resonance frequency of the space where the perturbed flow passes. When applying the excitation to the jet flow, as the jet flow increases up to 56 slpm, the magnitude of ITF decreases, and ITF increases thereafter. Therefore the larger the velocity difference between the jet and the swirl flow, the larger the ITF. In the case of the swirl excitation, the ITF decreases as the jet flow increases because of the decrease of the energy with respect to the constant flow at the downstream. This difference is caused by the location of the hot wire anemometer on the downstream of the injector center axis.
배진현(Jinhyun Bae),김태성(Taesung Kim),정석규(Seokgyu Jeong),정찬영(Chanyeong Jeong),최정열(Jeong Yeol Choi),윤영빈(Youngbin Yoon) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회지 Vol.22 No.4
In this study, the injector transfer function (ITF) of a gas-gas coaxial jet-swirl injector is measured by perturbing jet or swirl flow using a speaker as jet flow increases. As a result of measuring the ITF varying feed system length, a peak occurs at a resonance frequency of space where the perturbed flow passes. With jet excitation, the ITF magnitude decreases, but increases thereafter as increasing the jet flow. Therefore the larger the velocity difference between jet and swirl flow, the larger the ITF. With swirl excitation, ITF decreases as increasing the jet flow because of the energy decrease with respect to the constant downstream flow.