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저주파 압력섭동에서 글로브 제어밸브의 유효 단면적에 따른 임피던스 특성 변화 해석
박성수(Seungsoo Park),윤웅섭(Woongsup Yoon),엄원석(Wonsuk ohm) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
본 논문에서는 액체로켓에서 추력제어를 위해 주로 사용되는 글로브 제어밸브의 대해 주기적인 저주파 압력섭동에서 유효 단면적에 따라 변하는 임피던스 특성에 관해 해석적 연구를 수행하였다. 유효 단면적에 따라 임피던스가 증가하는 경향을 확인하였으며, 유동장 가시화를 통해 임피던스 특성 변화를 일으키는 원인에 대해 알아보았다. 향후 제어밸브의 임피던스 특성변화의 관한 정보는 공급 시스템의 임피던스를 구하는데 활용될 수 있기 때문에 포고 현상 예측의 활용될 수 있을 뿐만 아니라 포고 현상 감소를 위해 완충기 및 오리피스를 설계할 때도 도움이 될 것이다. In this paper, Analytical study is carried out on the impedance characteristics of the globe control valve, which is mainly used for thrust control in liquid rockets, according to the effective area at low frequency perturbation. The impedance tends to increase according to effective area and the cause of impedance characteristic change through flow field visualization is investigated. In the future, the information on the change in the impedance characteristics of the control valve can be used to obtain the impedance of the supply system and it can be utilized to predict pogo phenomenon as well as design accumulator and orifice to reduce the pogo phenomenon.
김학철(Hakchul Kim),이훈기(Hunki Lee),엄원석(Wonsuk Ohm),성홍계(Honggye Sung),문희장(Heejang Moon),이도형(Dohyung Lee) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11
급격한 열 방출에 의해 발생되는 고체추진 로켓에서의 연소 불안정은 고체로켓의 개발에 큰 장애요소로 작용한다. 따라서 음향에너지의 분석과 선형 안정성 해석을 통해 연소 불안정성을 예측하고 제어할 수 있는 기법의 개발이 필요하다. 음향 해석의 경우 상용 프로그램인 COMSOL을 이용하여 단면적이 일정한 실린더 형상부터 단면적이 변하는 tapered 형상이 반영된 연소실의 음향 해석이 수행되었으며 모드 해를 도출하였다. 또한 Culick[3]에 의해 정립된 고체추진 로켓의 축방향 선형 안정성 해석에 기초하여 연소 불안정성을 진단하였으며 압력결합, 노즐 감쇄, 입자 감쇄에 대한 안정성 요소(α)의 경향을 파악함으로써 불안정 해석 tool 개발을 위한 기틀을 마련하였다. The combustion instability of the solid propellant rocket, triggered by a sudden heat release followed by pressure oscillations, is one of the huge obstacles for the development of rocket. Through the analysis of the acoustic energy and the linear stability, this study conducted the acoustic analysis of chamber having cylindrical port and tapered port using a commercial code (COMSOL). An instability diagnosis based on the linear stability analysis of Culick[3] is performed where special interests have been focused on stability factor such as pressure coupling, nozzle damping and particle damping. Through this study, the acoustic resonance mode and the linear instability margin were quantified providing a basis step for the development of combustion instability analysis tool.
김학철(Hakchul Kim),김준성(Junseong Kim),이훈기(Hunki Lee),엄원석(Wonsuk Ohm),성홍계(Honggye Sung),문희장(Heejang Moon),이도형(Dohyung Lee) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5
본 연구에서는 고체로켓 모터의 연소 불안정성을 예측하고 분석 할 수 있는 해석도구의 개발을 위해 음향에너지의 분석과 선형 안정성 해석을 수행하였다. 음향 해석의 경우 상용 프로그램인 COMSOL을 이용하여 단면적이 일정한 실린더 형상의 연소실 음향 해석 및 모드 해를 도출하였다. Culick에 의해 정립된 고체추진 로켓의 선형 안정성 해석에 기초하여 연소 불안정성을 진단하였으며 압력결합, 노즐감쇠, 입자감쇠의 안정성 요소(stability alpha) 외에 유동방향변환(flow turning) 요소와 점성감쇠(viscous loss) 요소를 추가하여 연료 표면 근처의 유동 및 점성효과를 추가하여 연소 불안정의 경향을 파악하였다. 또한 입자의 크기에 따른 주파수 영역별 연소 불안정 감쇠 특성을 파악하였다. Linear stability analysis for combustion instability within a cylindrical port of solid rocket motor has been conducted. The analysis of acoustic energy has been performed by a commercial COMSOL code to obtain the mode function associated to each acoustic mode prior to the calculation of stability alpha. An instability diagnosis based on the linear stability analysis of Culick is performed where special interests have been focused on 5 stability factors(alpha) such as pressure coupling, nozzle damping, particle damping and additionally, flow turning effect and viscous damping to take into account the flow and viscosity effect near the fuel surface. The instability decay characteristics depending on the particle size is also analyzed.
입자 크기 분포도를 고려한 고체로켓 모터의 연소 불안정 민감도 예측
주성민(Seongmin Joo),김준성(Junseong Kim),문희장(Heejang Moon),엄원석(Wonsuk Ohm),이도형(Dohyung Lee) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회지 Vol.19 No.5
Prediction of combustion instability within a solid-propellant rocket motor has been conducted with the classical acoustic analysis. The effect of particle size distribution on the instability has been analyzed by comparing the log-normal distribution to the fixed mono-sized particle followed by a survey of motor length scale effect between the baseline model and small scale model. Particle damping effect was more efficient for the small scale motor which has a relatively high unstable mode frequencies. It was also revealed that the prediction results by considering the particle size distribution show an overall attenuation of fluctuating pressure amplitude with respect to the mono-sized case.
김학철(Hakchul Kim),김준성(Junseong Kim),문희장(Heejang Moon),성홍계(Honggye Sung),이훈기(Hunki Lee),엄원석(Wonsuk Ohm),이도형(Dohyung Lee) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회지 Vol.17 No.5
Linear stability analysis for combustion instability within a cylindrical port of solid rocket motor has been conducted. The analysis of acoustic energy has been performed by a commercial COMSOL code to obtain the mode function associated to each acoustic mode prior to the calculation of stability alpha. An instability diagnosis based on the linear stability analysis of Culick is performed where special interests have been focused on 5 stability factors(alpha) such as pressure coupling, nozzle damping, particle damping and additionally, flow turning effect and viscous damping to take into account the flow and viscosity effect near the fuel surface. The instability decay characteristics depending on the particle size is also analyzed.