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유한해석법을 이용한 조합 내열부품의 1차원 삭마 및 숯층 형성 해석
함희철,배주찬,이태호,전광민,이진호 대한기계학회 1992 대한기계학회논문집 Vol.16 No.5
본 연구에서는 삭막에 의한 표면후퇴 현상을 해석하기 위하여 Brogan이 제시 한 front node dropping기법을 적용하여 여러개의 상이한 재료로 구성된 조합 내열 부품에서 삭마와 숯이 동시에 발생하는 경우에 대한 내부 열반응 예측도 가능하게 하 였다. 이 수치기법은 해석하고자 하는 부분에 대한 격자생성(mesh generation)을 수 행하여 각 격자점의 좌표를 고정한 후, 삭마에 의하여 표면이 후퇴될 때 첫번째 격자 점은 두번째 격자점과 일치될 때 까지 존재하다가 제거되고, 두번째 격자점도 세번째 격자점과 일치될 때까지 존재하다가 제거된다. 이때 나머지 격자점의 위치는 항상 일정하게 고정되며 삭마가 정지될 때까지 이 과정이 계속된다. 또한 본 연구분야에 수치해석 기법으로 유한해석법(FAM:finte analytic method)을 국내외 최초로 적용하여 비선형성이 심한 것을 효과적으로 처리하므로써 안정한 해를 얻을 수 있었다. 유한 해석법은 1981년 Chen이 제안한 기법으로, 국소 격자계에 대하여 선형화된 지배 방정 식의 엄밀해를 구하여 전체 문제 영역에 확장하는 방법이다. 이 방법은 수치 계산식 의 유도과정이 매우 복잡하기는 하나, 그 결과가 정확하고 안정한 해를 얻을 수 있어 서 점차 적용 사례가 증가하고 있으며 본 문제의 수치 해석에 매우 적합한 기법으로 판단된다. The objectives of this study are to analyse the thermal response behavior occurring in the charring ablative material more realistically by considering ablation and char phenomena occurring in several material layers, and to increase the reliability of thermal analysis by being able to get stable solutions through using the finite analytic method. A program has been developed to predict the temperature distribution, ablation thickness, char thickness, ablation velocity and char velocity by solving non-linear one-dimensional heat conduction equation. Results of calculation were compared with results of published papers. From this compariosn this program was proved to be a very good tool for thermal design and analysis of charring ablative materials used in the rocket propulsion system.
압력과 산화몰분율이 그라파이트 목삽입재의 삭마율에 미치는 영향
함희철(Heecheol Hahm),강윤구(Yoongoo Kang) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5
고체 로켓 추진기관의 노즐목 삽입재에 적용하는 그라파이트의 삭마율 특성을 분석하였다. 지상연소 시험은 3종류의 일반적인 노즐형태를 갖는 추진기관을 사용하여 수행하였다. 즉, De-Laval 형태, 토출관 형태, 내삽 형태이다. 13종류의 서로 다른 형상의 추진기관에 다양한 추진제를 적용하였고, 노즐목 위치에 흑연을 적용하여 총 31회의 연소시험을 수행하였다. 분석결과 그라파이트의 삭마율은 연소실 압력이 상승함에 따라, 산화몰분율이 증가함에 따라 증가함을 알 수 있다. A characteristics about ablation rate of graphite used as the nozzle throat insert of solid rocket propulsion system is analysed. The propulsion system is composed of three types of conventional nozzle, such as De-Laval type, blast tube type, and submerged type. Various kinds of propellants are used in the thirteen kinds of propulsion system that has different shape of each other. Total thirty one tests are performed. From the results of the analysis, we know that the ablation rate is higher for the higher chamber pressure and also higher for the higher concentration of oxidizing species in combustion gas.
압력과 산화몰분율이 그라파이트 목삽입재의 삭마율에 미치는 영향
함희철(Heecheol Hahm),강윤구(Yoongoo Kang) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회지 Vol.18 No.1
The ablation characteristics of graphite nozzle throat insert is analyzed for the use in solid rocket propulsion system. The propulsion system is composed of three types of conventional nozzles, such as De-Laval type, blast tube type, and submerged type. Various kinds of propellants are used in the thirteen kinds of propulsion system that has different shapes of each other. Total thirty seven tests are performed. From the results of the analysis, it is found that the ablation rate is higher for the higher average chamber pressure and the higher concentration of oxidizing species in combustion gas.
함희철(Heecheol Hahm),강윤구(Yoongoo Kang) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회지 Vol.16 No.2
The goal of heat transfer studies is the accurate prediction of temperature and heat flux distribution on material boundaries. To this purpose, general-purpose computational fluid dynamics(CFD) code is used : FLUENT. Mass fluxes and pressure ratio are calculated for two types of nozzle. The comparative studies reveal that the computational results are in agreement with the experimental data. Also, heat transfer coefficients from FLUENT for one type of nozzle are very similar and agree well with the experimental data in the diverging part of the nozzle, but the calculated results are large in the converging part. The heat transfer coefficients from Bartz equation are over-predicted. We can consider various reasons for these differences, i.e., laminarization by the highly accelerated flow in the nozzle, turbulent flow model and grid generation.
함희철(Heecheol Hahm),강윤구(Yoongoo Kang),서상규(Sangkyu Seo) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12
고체 로켓 추진기관의 노즐목 삽입재에 적용하는 그라파이트의 삭마율 특성을 분석하였다. 지상연소시험은 3종류의 일반적인 노즐형태를 갖는 추진기관을 사용하여 수행하였다. 즉, De-Laval 형태, 토출관 형태, 내삽 형태이다. 10종류의 서로 다른 형상의 추진기관에 다양한 추진제를 적용하였고, 노즐목 위치에 그라파이트를 적용하여 총 48회의 연소시험을 수행하였다. 분석결과 그라파이트의 삭마율은 연소실 평균압력이 상승함에 따라, 산화제 몰분율이 증가함에 따라 증가함을 알 수 있었다. 또한, 연소실 압력, 산화제 몰분율, 노즐목 크기의 3가지 영향인자를 고려한 노즐목 삭마율 관계식을 유도하였으며, 측정 결과와 비교하여 ± 0.10 mm/s 이내로 일치하였다. The ablation characteristics of graphite nozzle throat insert was analyzed for the use in solid rocket propulsion system. The propulsion system was composed of three types of conventional nozzles, such as De-Laval type, blast tube type, and submerged type. Various kinds of propellants were used in the ten kinds of propulsion system that had different shapes of each other. Total forty eight tests were performed. From the results of the analysis, it was found that the ablation rate was higher for the higher average chamber pressure and the higher oxidizer mole fraction. A useful correlation for nozzle throat ablation rate was developed in three terms of the chamber pressure, oxidizer mole fraction, and throat size. The calculated ablation rates from the correlation showed agreement within ± 0.10 mm/s of the experimentally determined values.
함희철(Heecheol Hahm),강윤구(Yoongoo Kang),서상규(Sangkyu Seo) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회지 Vol.21 No.4
The ablation characteristics of graphite nozzle throat insert was analyzed for the use in solid rocket propulsion system. The propulsion system was composed of three types of conventional nozzles, such as De-Laval type, blast tube type, and submerged type. Various kinds of propellants were used in ten kinds of propulsion system that had different shapes with each other. Total forty eight tests were performed. From the results of the analysis, it was found that the ablation rate was increased for the higher average chamber pressure and the higher oxidizer mole fraction. A useful correlation for nozzle throat ablation rate was developed in terms of the chamber pressure, oxidizer mole fraction, and throat size. The calculated ablation rates from the correlation showed agreement within ± 0.10 mm/s with the experimentally determined values.