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권민찬(Minchan Kwon),양준서(Juneseo Yang),임성택(Seongtaek Lim) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
1960년대 이후부터 하이드라진(N2H4)은 로켓, 인공위성 또는 심우주 임무용 추진제로 사용되어 왔다. 하지만 하이드라진의 높은 독성과 운영비용으로 이온성 액체 추진제(ADM, HAN) 및 아산화질소 연료 혼합물(NOFB)과 같은 친환경 추진제에 대한 요구가 증가하고 있다. 아산화질소 연료 혼합물(NOFB)은 이원추진제가 갖는 높은 성능과 단일추진제의 단순한 공급시스템 장점을 모두 갖는 추진제로서, 적절한 취급방법과 설계가 적용된다면 전통적인 하이드라진 추진 시스템을 대체할 만한 추진제로 사용가능할 것이다. Since the 1960s hydrazine is used as a propellant to power rocket, satellites or deep space missions. Due to hydrazine’s high toxicity and operating cost, the request for Green Propellant as energetic ionic liquids(HAN, ADN), nitrous oxide blends is growing. Nitrous Oxide Fuel Blend(NOFB) having advantage of a bipropellant performance as well as the advantage of a mono-propellant in respect to the simple propellant tank and feed system. It is worth replacing traditional hydrazine based propellant system if handled and designed properly.
연소실 및 추진제 변화에 따른 고체로켓 모터의 L<sup>*</sup> 불안정에 관한 연구
이동희,류승현,주성민,김준성,문희장,성홍계,양준서,Lee, Donghee,Ryu, Seunghyun,Joo, Seongmin,Kim, Junseong,Moon, Heejang,Sung, Honggye,Yang, Juneseo 한국항공운항학회 2015 한국항공운항학회지 Vol.23 No.4
In this paper, a theoretical study of low frequency non acoustic instability, the $L^*$ instability, of a solid rocket motor is investigated. The $L^*$ stability criterion is determined by analysing the $L^*$ stability curves of two very distinct propellants for five different geometrical combustors. The $L^*$ instability of two extreme fuels showed totally different behavior in terms of operating pressure of the combustor. A parametric study on the stability for different chamber volume and different throat area keeping constant $L^*$ is conducted and analyzed. It was found that one of the main parameters, the non-dimensional critical characteristic time, requires an enough margin from the critical $L^*$ stability curve.
가변 추력기용 핀틀 노즐의 핀틀 속도에 따른 성능특성 연구
정기연(Kiyeon Jeong),허준영(Junyoung Heo),성홍계(Hong-Gye Sung),양준서(Juneseo Yang),하동성(Dongsung Ha) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5
가변추력기용 핀틀 노즐이 적용된 고체추진기관에서 핀틀의 속도에 따른 성능 특성을 분석하기위하여 수치해석과 내탄도 해석을 적용하였다. 핀틀은 노즐 목 면적이 변화하는 구간에서 왕복운동하며, 핀틀의 속도는 작동 조건을 고려하여 세 가지 속도에서 그 특성을 비교 분석하였다. 핀틀 노즐은 일반적으로 과팽창조건으로 노즐 벽면에서 유동박리가 발생한다. 유동박리와 연소실에서의 압력파전달에 의한 압력 진동의 효과로 비선형적 내탄도 특성, 압력과 추력 관계를 조사하였다. 압력과 추력 선도에서는 노즐 박리의 영향 도출이 명확하지 않으며, 이를 자세히 분석하기 위하여 추력 계수를 관찰하여 박리에 따른 성능 특성을 조사하였다. Numerical analysis and internal ballistics has been applied to analyze the performance characteristics of pintle nozzle for variant thrust with different pintle velocity. The pintle has reciprocating motion changing throat area and the characteristics are compared in three different speeds of pintle in consideration of the operating conditions. The pintle nozzle generally operates over-expansion conditions, separation flow is occurred in the nozzle wall. A non-liner ballistic effect, the pressure-thrust relationship, are examined in separation flow and pressure oscillation effects of wave propagation in the chamber. Thrust coefficient is investigated to observe performance characteristics of separation effect in detail because the separation effect is not clearly derived from pressure-thrust graph.
큰 박리유동을 동반하는 관통형 핀틀노즐의 추력 특성 연구
정기연(Kiyeun Jeong),허준영(Junyoung Heo),성홍계(Honggye Sung),양준서(Juneseo Yang),하동성(Dongsung Ha) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5
관통형 핀틀 노즐의 핀틀 형상 및 위치에 따른 추력계수의 경향을 분석하였다. 난류모델은 저 레이놀즈수 k- 모델과 압축성 보정 모델 (Sarkar 모델)을 적용하여 선행연구를 통해 실험과 비교?검증하였다. 핀틀 위치에 따른 노즐 목의 크기를 예측하고, 기하학적 노즐 목의 위치는 수치해석 결과와 유사하였다. 노즐에서 발생하는 추력을 모멘텀 항과 압력 항으로 구분하여 추력 및 추력계수에 지배적인 항을 분석하고 과팽창조건에서 발생하는 박리유동이 추력에 미치는 영향을 확인하였다. Thrust coefficient of pintle shapes and positions has been analyzed. Two-equation turbulence models, the low Reynolds k-ε models with compressibility corrections proposed by Stoarkar are evaluated and compared with experimental results. The size of the nozzle throat to pintle position is favorably agreed with geometrical location of the throat. Major parameters affecting on the thrust, momentum and pressure, are analyzed so that the flow separations strongly impact to thrust and thrust coefficient in the over-expanded nozzle flow.
고체 추진 핀틀 추력기의 음향 모드 및 안정성 적분 연구
주성민(Seongmin Joo),김준성(Junseong Kim),김학철(Hakchul Kim),문희장(Heejang Moon),양준서(Juneseo Yang),이지형(Jihyung Lee) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.12
본 연구에서는 핀틀을 이용한 가변 추력형 고체 추진 추력기의 정적 연소 불안정성을 예측하기 위한 선행 연구로서 연소실의 음향 모드와 안정성 적분을 계산하였다. 상용 프로그램인 COMSOL을 이용하여 연소실의 음향 에너지를 예측하였고 불안정성 진단 인자(stability alpha)의 일부인 안정성 적분을 계산하였다. 핀틀로 인한 환형 타입의 연소실과 실린더 타입의 연소실의 음향 모드를 분석하였으며 연소실 내 핀틀 유무가 안정성 적분에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. As a previous study for prediction of combustion instability in a solid propellent pintle thruster, acoustic modes and stability integrals have been conducted. The analysis of acoustic energy and the stability integral which is a part of an instability diagnosis factor have been performed with a commercial code, COMSOL. The existence of pintle effects on acoustic modes and stability integrals have been analyzed by comparing the annular-type chamber due to pintle presence and the cylindrical-type chamber.
진정근(Jungkun Jin),오석진(Seokjin Oh),이지형(Ji Hyung Lee),하동성(Dong Sung Ha),박성한(Sunghan Park),양준서(Juneseo Yang) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.12
핀틀 노즐 기술을 적용한 고체 추진기관의 지상 연소시험을 수행하여 내탄도 성능 해석과 비교하였다. Baffle이 없는 핀틀-노즐 추진기관 시험 결과 초기 압력은 내탄도 성능 해석 결과와 유사하였으나 점진적으로 압력이 증가하는 현상이 나타났다. 또한, 핀틀로 공급되는 유동을 균일하기 위하여 baffle을 추가하여 시험을 수행하였다. 시험 결과 예측되는 압력보다 40% 높은 압력이 측정되었으며 CFD 유동 해석을 통하여 baffle에 의한 전압력 손실이 발생하며 전압력 손실을 고려하여 예측된 연소실 압력이 측정 압력과 유사함을 확인하였다. Firing test of solid rocket motor with pintle-technology was carried out to compare the pressure-time curve obtained by internal ballistic and performance analysis. Without baffle, the measured combustion chamber pressure was similar with the predicted pressure and progressive burning was observed with end-burning grain. A baffle was inserted to make uniform flow over the pintle and tested. Unlike the thruster without baffle, the measured combustion chamber pressure was 1.4 times higher than the predicted value. In CFD simulation, 10% of total pressure loss was observed from combustion chamber to nozzle throat with the baffle. The measured pressure with baffle was predicted well by considering the total pressure loss in the internal ballistic modelling and performance analysis.
고체추진 핀틀 추력기의 저주파 비음향 불안정 해석에 관한 연구
이동희(Donghee Lee),주성민(Seongmin Joo),김준성(Junseong Kim),류승현(Seunghyun Ryu),성홍계(Honggye Sung),문희장(Heejang Moon),양준서(Juneseo Yang) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
핀틀 추력기는 노즐목 면적의 변화로 추력제어를 함으로써 자세제어 및 궤도천이가 가능한 고체로켓 시스템이다. 고체로켓 시스템은 고고도(high altitude)에서 낮은 압력으로 운영되며 이 경우 L<SUP>*</SUP> 불안정이 나타날 수 있다. 본 연구는 대표적인 저주파 비음향 불안정인 L<SUP>*</SUP> 불안정 이론을 고체추진 핀틀 추력기에 적용하여 연소실의 L<SUP>*</SUP> 안정도 판별에 대한 연구를 수행하였다. 핀틀 추력기의 설계 파라미터와 추진제 물성치를 이용하여 L<SUP>*</SUP> 안정도 판별 곡선을 도출하였고 핀틀 위치가 0 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm일 때 추력기의 L<SUP>*</SUP> 안정도를 판단하였다. 또한, 추력기의 L<SUP>*</SUP> 불안정 임계점을 파악하였으며 이에 따른 핀틀의 안정적인 구동 범위를 제시하였다. A study of L<SUP>*</SUP> instability, a common low-frequency non-acoustic instability, was investigated and applied to a solid propellant pintle thruster. Parameters of the thruster chamber and propellant are used to fraw the L<SUP>*</SUP> stability criteria curve, which will determine the L<SUP>*</SUP> stability at each position of the pintle(0 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm). Results show the critical point and proposes a stable operating range of the pintle.