가변추력을 위한 에어로스파이크 형상 핀틀 노즐의 동적 특성 연구

하동성(Dongsung Ha),허준영(Junyoung Heo),김정진(Jeongjin Kim),오석진(Seokjin Oh) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5

연속가변 추력제어 추진기술 연구동향

하동성(Dongsung Ha),임성택(Seongtaek Lim) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

대탄도탄 방어 무기체계의 핵심인 직격요격비행체 위치자세제어시스템(DACS, Divert Attitude Control System) 의 연구 동향 및 주요 기술에 대해 서술하였다. DACS의 기본 구성을 정의하고 사용 연료별 DACS의 종류 및 운영개념, 특징을 정리하였다. 고체(SM3 Block IB/IIA) 및 액체(THAAD) 연료를 적용한 대표적인 무기체의 운용 개념 및 주요 특징을 살펴보았다. 향후 방어무기체계의 전략적 차원에서 다양한 형태의 DACS의 연구가 필요할 것으로 판단된다. The research trends and major technologies of the divert attitude control system(DACS), which is the core of the anti-missile system, are described. The operating concept and characteristics according to the fuel used are summarized. The characteristics of typical weapon system applying solid(SM3 Block IB/IIA) and liquid(THAAD) fuels were discussed. In the future, it will be necessary to study various types of DACS in the strategic concept of the defense weapon system.

핀틀-노즐 밸브의 구동에 따른 압력거동 특성 연구

하동성(DongSung Ha),진정근(Jungkun Jin),기태석(Taeseok Ki),윤현걸(Hyungull Yoon) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

추진기관의 추력 조절 방법인 핀틀-노즐 기술을 적용한 고체 추진기관의 지상연소시험을 수행하였다. 추진기관 챔버의 고압 대비 저압의 압력 비가 12:1이 되도록 핀틀을 구동하였고, 내탄도 성능 예측과 비교하여 압력 변화에 따른 추진기관의 압력거동이 유사함을 확인하였다. 특히 저압에서의 시험결과는 성능 예측대비 약 84% 이상 높은 압력이 나타났으며 이는 저압에서 핀틀의 열팽창 효과가 고압대비 다르게 나타나는 것으로 예측되었다. 핀틀의 열팽창에 대해서는 챔버의 압력별 열구조 해석을 통해 추가적인 확인이 필요할 것으로 판단된다. 또한 핀틀 스트로크의 최대-최소 교차 구동에 따른 압력 변화 특성을 확인하였고, 예측 대비 약 2% 범위내에서 순간적인 압력의 변화가 나타남을 확인하였다. Ground burning tests of solid rocket motors were carried out to study the pintle technology which is one of the thrust control methods. The pintle was actuated under the pressure ratio of 12:1 the pressure-time curves obtained in the test was compared to the internal ballistic and performance analysis. The measured chamber pressure was similar to the analysis. In particular, the pressure in the test was 84% higher than that in the performance analysis because the thermal expansion of the pintle in the low pressure was different from that in the high pressure. the thermal structural analysis was required to study thermal expansion of the pintle for different chamber pressure. In addition, the pressure change characteristics according to the maximum-minimum actuation of the pintle was confirmed. Finally, the change of pressure was within 2% compared to the prediction.

핀틀-노즐 밸브의 압력 거동 특성 연구

하동성(DongSung Ha),진정근(Jungkun Jin),오석진(Seokjin Oh),윤현걸(Hyungull Yoon) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

고체 추진기관의 추력 조절 방법인 핀틀-노즐 기술을 적용하여 지상연소시험을 수행하였다. 내탄도 성능 예측과 비교하여, 초기 압력은 예측 결과와 유사하였으나 점진적으로 압력이 증가하는 현상이 나타났다. 이는 목면적 감소효과에 기인하는 것으로, 슬래그 침적 및 핀틀의 열팽창 효과에 의해 나타나는 것으로 확인되었다. Ground burning tests of solid rocket motors were carried out to study the pintle technology, one of the thrust control methods. Comparisons of pressure-time curves obtained by tests with by internal ballistic and performance analysis showed that the measured initial chamber pressure was similar to the predicted one, however, progressive burning was observed thereafter. It was confirmed that the progressive burning was due to the reduction in the nozzle throat area caused by deposition of slag and thermal expansion of the pintle.

다축 핀틀-노즐을 장착한 고체추진기관의 압력 및 추력 제어 기법 연구

기태석(Taeseok Ki),하동성(Dongsung Ha),진정근(Jungkun Jin),이정섭(Jeongsub Lee) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

본 논문에서는 다축 핀틀-노즐을 장착한 고체추진기관의 핀틀의 위치 제어를 통해 연소관 내부의 압력과 각 핀틀-노즐 구조체에서 발생하는 추력을 제어하는 기법을 연구하였다. 본 연구의 대상인 고체추진기관은 직격요격체(KKV, Kinetic Kill Vehicle)로 목표물을 정확하게 요격하기 위하여 추력 제어가 가능한 핀틀-노즐 구조체를 여러 축 방향으로 장착하여 빠른 응답과 정밀한 제어를 가능하게 한다. 핀틀의 축방향 구동을 통해서 노즐목 면적을 변화시킬 수 있다. 이러한 노즐목 면적의 변화를 통해서 연소관 내부의 압력을 제어할 수 있고, 또한 노즐목 면적 및 연소관 내부 압력의 변화를 통해서 최종적으로 각 노즐에서 발생하는 추력을 제어할 수 있다. 즉 연소관 내부 압력과 추력은 독립적으로 제어가 불가능하므로, 동시에 두 변수의 제어가 가능한 기법을 개발하였다. In this paper, control method of internal pressure and thrust of solid rocket motor, which is equipped multi pintle-nozzle structures, is studied. The studied solid rocket motor is KKV(Kinetic Kill Vehicle), which should be controlled precisely with high response to intercept the target and multi axis pintle-nozzles make it possible. Pressure can be controlled by pintle that makes change of nozzle throat area by moving its axial position and thrust can also be controlled with varying pressure and nozzle throat area. Therefore, the method, that controls both internal pressure and thrust simultaneously, is developed.

핀틀을 장착한 고체추진기관의 비정상 연소 성능 분석

기태석(Taeseok Ki),하동성(Dongsung Ha),진정근(Jungkun Jin),이호성(Hosung Lee),윤현걸(Hyungull Yoon) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

본 논문에서는 고체추진기관 밸브의 내부에 장착한 핀틀의 구동 응답, 추력 및 압력 데이터를 이용하여, 연소시험 시 발생한 고체추진기관 내부 압력의 비정상 특성을 분석하였다. 고체추진기관 밸브의 내부에 핀틀이라는 구조체를 장착하여 핀틀의 축방향 구동을 통해서 노즐목 면적을 조절하고, 이를 통해 고체추진기관의 압력 및 추력을 실시간으로 제어할 수 있다. 이때 연소관 내부의 압력에 비정상 특성이 나타날 수 있으며, 이러한 비정상 특성은 다양한 원인이 종합적으로 영향을 미친 결과이다. 이 경우 핀틀의 구동 응답을 이용한 내부 압력의 재예측 및 추력 대 압력 비 분석을 통해서 압력의 비정상 특성에 각각의 원인들이 미치는 영향을 개별적으로 분석할 수 있다. In this paper, unsteady characteristics of pressure in solid rocket motor were analyzed by using response of pintle actuation, pressure and thrust data from ground test. Pressure and thrust in solid rocket motor can be controlled in real time by varying nozzle throat area with pintle, installed in the valve. Unsteady characteristics of pressure can be observed in this system occurred by various reasons. An effect of each reason can be analyzed individually by re-prediction of pressure with response of pintle actuation and analyzing thrust to pressure ratio.

핀틀-노즐의 삭마특성에 관한 연구

감호동(Hodong Kam),하동성(Dongsung Ha),박용수(Yongsoo Park),이재원(Jaewon Lee),조승환(Seunghwan Cho) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

고체추진제에 연소 불안정성 억제를 위해 첨가되는 금속 분말의 유무가 핀틀-노즐의 삭마에 미치는 영향을 연구하였다. 이를 위해, 금속분말을 첨가하거나 그렇지 않은 추진제를 주입한 연소관에 핀틀-노즐 밸브 조립체를 장착하여 지상연소시험을 수행하였다. 시험결과, 금속분말이 없는 경우는 핀틀의 치수변화가 미미하였으나, 첨가한 경우에는 핀틀-노즐 성능에 치명적일 수 있는 수준의 삭마현상이 관찰되었다. 이들 현상의 규명을 위하여 핀틀-노즐 조립체의 내부유동을 전산모사 하였으며, 이를 바탕으로 유동의 흐름과 삭마특성 사이의 상관관계를 본 논문은 기술하고 있다. A study to figure out an influence of metal powder used for an additive to the ablation of the pintle was conducted. Ground-firing tests with solid propellants including/excluding metal-powder were performed, and their results were compared. Slight changes of the pintle radius were occurred in the test with metal-free solid propellants. But in the other case, a massive ablation was observed. To investigate the physical phenomenon of the ablation, the firing-test was numerically simulated. A correlation with nozzle flow and ablation is presented in this paper.

핀틀을 장착한 고체추진기관의 비정상 연소 성능 분석

기태석(Taeseok Ki),하동성(Dongsung Ha),진정근(Jungkun Jin),이호성(Hosung Lee),윤현걸(Hyungull Yoon) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회지 Vol.19 No.1

In this paper, unsteady characteristics of pressure in solid rocket motor were analyzed by using response of pintle actuation, pressure and thrust data from ground test. Pressure and thrust in solid rocket motor can be controlled in real time by varying nozzle throat area with pintle, installed in the valve. Unsteady characteristics of pressure can be observed in this system occurred by various reasons. Two critical reasons, error of pintle actuation and ablation of center tube, are found and effects of each reason can be analyzed individually by re-prediction of pressure with response of pintle actuation and analyzing thrust to pressure ratio.

DACS용 초고온 내열부품 설계 및 제작기술

임성택(Seongtaek Lim),하동성(Dongsung Ha),박성한(Seonghan Park),김연철(Yeonchul Kim) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

DACS는 우주에서 Kill Vehicle을 정밀 기동시키는 추진장치이다. DACS 내열부품은 2500℃, 2500psi 수준의 가혹한 작동조건에서 비삭마, 내열 내산화성이 보증되어야 한다. 추력기내의 비례제어형 고온가스밸브는 구동 핀틀/노즐, 밸브바디로 구성되며 레늄계 금속, C/SiC와 같은 세라믹복합재 또는 금속/복합재 복합형 설계를 적용한다. 특히 고성능 DACS를 구현하기 위해 연소온도가 2500℃이상으로 증가하는 경향 때문에 내열성과 구조적성질을 가진 물질과 공정이 절실히 요구되고 있다. 이들 재료는 국내에서 거의 구현되어 본적이 없는 요구되는 분야로서 산학연의 협력연구가 필요하다. DACS is propulsion package maneuvering kill vehicle in space. Hot gas components of DACS shall be operable under extreme environments of temperature 2500℃ and pressure 2500psi, ensuring non-erosion and heat and oxidation resistance. Proportionally controlled hot gas valve including actuated pintle, nozzle and valve body are made of rhenium metal, ceramic composites like C/SiC or metal/composite combinations. More heat capable materials above 2500℃ and new processes are needed to meet high performance DACS propulsions. Not activated this area, intensive cooperation is needed.

단축 핀틀 로켓 추진기관의 내탄도 성능 동특성 연구

허준영(Junyoung Heo),김정진(Jungjin Kim),하동성(Dongsung Ha),오석진(Seokjin Oh) 항공우주시스템공학회 2019 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2019 No.5