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다단연소사이클 엔진 적용을 위한 Ni-Cr 코팅에 관한 연구
배병현(Byung-Hyun Bae),황양진(Yang-Jin Hwang),이규환(Kyu-Hwan Lee),이병호(Byong-ho Rhee),한영민(Yeoung-Min Han),김영준(Young-June Kim),노용오(Yong-Oh Noh),조황래(Hwang-Rae Cho),현성윤(Seong-Yoon Hyun),방정석(Jeong-Suk Bang) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
본 논문은 다단연소사이클 엔진의 연소실 내벽을 고온, 고압의 환경으로부터 보호하기 위한 열차폐 코팅 공정 개발에 관한 내용이다. 기존 연소기 내벽에는 열차폐 특성이 우수한 Zr 기반의 세라믹용사코팅을 적용했지만, 세라믹의 특성상 연소실 내벽(금속)과 열팽창계수 차이로 인해 박리가 발생할 수 있다. 때문에 로켓 선진국에서는 열차폐 효과를 다소 희생 하더라도 밀착력 향상을 위하여 금속계 코팅인 Ni-Cr 도금을 적용하고 있다. 본 연구에서는 연소기에 적용 가능한 상향 순환식 유동셀을 적용한 도금조를 개발했으며, 반복적인 공정 개선을 통해 도금 두께 100㎛이상, ±10%의 두께 균일도를 만족하는 Ni, Cr 도금 공정조건을 확립했다. In this paper, the process of electro Ni and electro Cr plating is studied for the purpose of thermal barrier to protect the inner wall combustion chamber. The chamber is under the environment of very high temperature and high pressure when propellants burn in there. As one of the thermal barrier coatings, Zr-based thermal spray coating has been applied to the chamber. However, peeling of coating layer can occur under such a hard condition because of the difference of thermal expansion coefficients between the ceramic and the metallic wall. We study the characteristics of Ni-Cr coating and establish its process. It is found that the thickness of over 100 ㎛ of Ni and Cr coating layers with the uniformity of ±10% can be obtained with the used of as-developed plating bath.
다단연소 사이클 엔진 적용을 위한 내산화 코팅에 관한 연구
김영준(Young-June Kim),이병호(Byong-ho Rhee),노용오(Yong-Oh Noh),배병현(Byung-Hyun Bae),현성윤(Seong-Yoon Hyun),조황래(Hwang-Rae Cho),방정석(Jeong-Suk Bang),변응선(Eung-Sun Byon),한영민(Yeoung-Min Han) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회지 Vol.22 No.5
Some propellants in a liquid rocket engine are burned in the pre-burner of a staged combustion cycle engine, resulting hot gas drives the turbine. The burned gas passing through the turbine is supplied to the combustor at high temperature and pressure. The form of the gas can be fuel rich or oxidizer rich dependent upon the mixture ratio or the engine scheme. When the cycle works at oxidizer-rich condition, the metal pipes composing the engine can be ignited or even exploded by an impact of very a small particle. In this study, we developed the powder combination and processes for an anti-oxidation coating through the analysis of various coating materials.
금속 3D 프린터 제작조건 변화에 의한 금속소재 물성변화연구
노용오(Yong-oh Noh),이병호(Byung-ho Rhee),박순홍(Sun-hong Park),한영민(Yeoung-min Han),배병현(Byunghyun Bae),김영준(Young-june Kim),조황래(Hwang-rae Cho),현성윤(Seong-yoon Hyun),방정석(Jeong-suk Bang) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
우주 발사체의 운반능력을 향상시키기 위하여 고성능 다단연소사이클 엔진의 개발은 필수적이다. 그 중 연소기 헤드는 기체산화제의 유입을 위해 콘 형상으로 되어 있으며, 매니폴드는 매우 복잡한 구조를 가지고 있다. 이러한 헤드는 주조 방식이나 기계가공으로 제작되어 왔다. 기계가공의 한계나 주조재질의 특성과 재료의 한계성을 탈피하여 복잡하고 가공이 어려운 연소기 헤드의 제작 공정을 3D 금속 프린팅 공정을 이용하여 개선하는 기술을 확보하고자 한다. 현재 3D 금속 프린팅을 이용하여 주연소기에 사용할 수 있는 소재의 물성을 파악하고 프린팅 제작조건의 변화를 주는 공정개발을 통하여 더욱 낳은 물성을 확보하고, 이를 바탕으로 연소기 헤드를 제작하고, 접합공정을 개발하여 연소시험을 통해 그 성능을 입증하고 제작공정을 확립하고자 한다. The development of a staged combustion cycle engine with higher perfomance is essential to provide higher transport capability of space launch vehicles. The combustor head of engine has a cone-shaped head and its manifold of combustor has a very complicated structure. The head and manifold have been manufactured by casting or machining methode. Metal 3D printing technologies are recently known as one of promising methods to improve manufacturing process for them because they are possible to over come limitations of the two methods. In this paper, a selective laser sintering method is used to make test materials and their physical properties are studying by changing its operation parameters to establish the better processing conditions. It is found that the 3D printing method is acceptable to manufacturing the head or manifold of combustor for staged combustion cycle engine.
다단연소 사이클 엔진 적용을 위한 내산화 코팅에 관한 연구
김영준(Young-June Kim),변응선(Eung-Sun Byon),이병호(Byong-ho Rhee),한영민(Yeoung-Min Han),노용오(Yong-Oh Noh),배병현(Byung-Hyun Bae),현성윤(Seong-Yoon Hyun),조황래(Hwang-Rae Cho),방정석(Jeong-Suk Bang) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
다단연소사이클 엔진의 추진제는 예연소기에서 일부 연소되고, 연소된 고온의 가스는 터빈을 구동하고 터빈은 터보펌프를 작동시킨다. 터보펌프의 터빈을 통과한 연소가스는 고온 고압의 상태로 연소기로 공급되는데, 이때 연료 또는 산화제의 양에 따라 연소가스는 연료 과잉 또는 산화제 과잉 상태로 공급된다. 산화제 과잉상태의 환경에서 금속 배관은 작은 입자의 충격에 의해서도 발화 또는 폭발될 수 있다. 이를 방지하기 위해 로켓 선진 국가에서는 산화제가 이동하는 공간에 내산화 코팅을 한다. 본 연구에서는 해외 내산화 코팅 물질 분석을 통해 국산 조합분말을 개발하였고, 코팅공정을 수립하였다. 개발된 조합분말을 이용하여 코팅 후 내산화 시험을 수행하였으며, 그 결과 질량변화량이 -0.16%~+0.01% 임을 확인하였다. 본 연구결과로부터 개발된 유약은 실물형 연소기의 내산화 코팅에 적용이 가능할 것으로 판단되며, 향후 연소시험을 통한 개발기술의 검증을 진행할 계획이다. The propellants are burned in the pre-burner of the staged combustion cycle engine, and the resulting hot gas drives the turbine, and the turbine operates the turbo pump. The burned gas passing through the turbo pump is supplied to the combustor at high temperature and high pressure, where the gas is supplied in an excess of fuel or an excess of oxidant depending on the amount of fuel or oxidant. When the cycle works at oxidizer-rich staged combustion, its metal pipe can ignite or explode by the impact of even small particles. In this study, we develop the powder combinations for anti-oxidation coating through the analysis of other coating materials and establish the coating process.