핀틀 형상이 노즐 유동에 미치는 영향에 대한 실험적 연구

김중근(Joung-Keun Kim),박종호(Jong-Ho Park),이종훈(Jong-Hoon Lee),전민경(Min-Kyung Jeon) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.10

노즐 목 근처에 설치된 핀틀 형상이 노즐 내부 유동과 추력에 미치는 영향을 공압 실험으로 고찰하여 제시하였다. 핀틀 이동으로 노즐 목 면적이 감소하면 연소실 압력은 부드럽게 상승하나 추력은 핀틀 형상에 따라 증가 패턴이 다르게 나타났다. 동일한 노즐 목과 연소실 압력 조건에서 추력은 전체적으로 핀틀 형상이 오목한 것 보다는 볼록한 것이 컸다. 노즐 벽면 압력과 핀틀에 작용하는 하중은 핀틀 형상은 물론 핀틀 위치 및 노즐 목 면적에 따라 큰 차이를 보였다. The objective of this work was to investigate the pintle-tip shape effect on nozzle flow and thrust by cold flow test. When nozzle throat area was decreased by pintle movement, chamber pressure was increased monotonously but thrust was increased differently according to every pintle-tip shape. At the same chamber pressure and nozzle throat area, thrust of convex pintle-tip shape was mostly larger than that of concave one. Nozzle wall pressure distribution and magnitude of pintle-tip load depended on the pintle-tip shape, pintle position and nozzle throat area.

다축시험대의 신경망 보상 알고리즘 성능 연구

김중근(Joung Keun Kim) 한국추진공학회 2007 한국추진공학회지 Vol.11 No.4

Multiaxis Thrust Measurement Stand(MTMS) is used to measure the 3 component force and moment simultaneously. There is a interaction between measured force and measured moment inevitably generated by initial misalignment and deformation of MTMS. Interaction must be compensated to analysis exactly the 3 component Force and Moment. This paper described the compensation algorithm. The analysis result showed that ANN algorithm could better compensate the interaction of MTMS than polynomial compensation algorithm.

다축 시험대의 상호 간섭 최소화 설계기법

김중근(Joung Keun Kim),윤일선(Il Sun Yoon) 한국추진공학회 2007 한국추진공학회지 Vol.11 No.3

This paper described design method to minimize the crosstalk effect of multiaxis thrust measurement stand which can measure the thrust vector control performance of Solid Rocket Motor. This paper presents a theoretical solution for predicting the magnitude of crosstalk and calculates design sensitivity. The results indicate that the most important parameter of crosstalk is the displacement of flexure-loadcell-flexure assembly. And shape, dimension and mechanical properties of flexure and loadcell can also influence the magnitude of crosstalk.

신경망을 적용한 가동노즐의 유효 피봇 추적 알고리즘

김중근(Joung Keun Kim) 한국추진공학회 2005 한국추진공학회지 Vol.9 No.4

선형 근사화에 의한 가변추진시스템 내탄도 성능 변화 예측

김중근(Joung Keun Kim),박종호(Jong Ho Park) 한국항공우주학회 2008 韓國航空宇宙學會誌 Vol.36 No.1

일반적으로 고체 추진기관은 안전성, 설계/제작의 용이성 그리고 구조가 간단하다는 장점이 있으나 추진제의 그레인 형상과 노즐목 크기가 결정되면 추력 크기를 임의로 조절하는 것이 불가능하기 때문에 최근 들어 고체 추진기관의 추력을 조절할 수 있는 방법들이 활발하게 연구되고 있다. 본 논문에서는 연소관 압력과 노즐목 크기 변화에 따른 고체 추진기관의 추력 및 주요 내탄도 성능 변화를 선형 근사화로 예측하였으며 내탄도 분석 전용 프로그램(SPP)의 분석 결과와 상호 잘 일치함을 확인하였다. Generally Solid Rocket Motor(SRM) has advantages like this - safety, simplicity and flexibility in design and manufacturing process. However, once propellant grain shape and nozzle throat area are determined, modification of thrust magnitude is nearly impossible. Recently, methods for controlling the thrust magnitude of SRM are vigorously developed. This paper predicts internal ballistic performance variation, especially thrust of SRM by means of Linear Approximation according as chamber pressure or nozzle throat area is changed. The results predicted by the proposed method are good agreement with the those of exclusive Ballistic Performance Prediction Program(SPP).

핀틀 형상이 추력 크기에 미치는 영향에 대한 수치해석적 연구

김중근(Joung-Keun Kim),박종호(Jong-Ho Park) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.5

본 논문에서는 Fluent의 Spalart-Allmaras 난류모델을 적용하여 연소실 내부에 설치된 핀틀 형상이 핀틀 추진기관 추력 크기에 미치는 영향을 수치해석으로 분석하였다. 핀틀이 존재하면 노즐목을 지나는 질량 유량율은 이론적으로 예측된 값 보다 항상 작았으며, 핀틀 직경이 커질수록 노즐목에서 경계층 두께가 차지하는 비율이 증가되어 노즐목의 질량유량율이 더욱 감소하였다. 핀틀 직경이 커질수록 핀틀 팁에 나타나는 재순환 영역의 압력에 의한 추력은 증가하지만 노즐 및 연소실 압력에 의한 추력은 감소하여 총 추력은 핀틀 직경이 작은 것 보다 감소하였다. 핀틀 추진기관의 비추력은 큰 차이가 없었다. The effect of pintle shape on the thrust level of pintle-nozzle Solid Rocket Motor(PNSRM) was studied numerically using the Spalart-Allmaras turbulent model of Fluent. Mass flow rate of PNSRM was always less than theoretical value and the extent of decrease in mass flow rate grew in the large pintle because of increase in the relative boundary layer thickness between pintle body and nozzle wall. The bigger pintle size was, the more thrust of pintle tip pressure was obtained.. Meanwhile the more thrust of nozzle and chamber pressure decreased. Hence, total thrust of big pintle was less than a small pintle under same throat area condition. Specific impulse was relatively flat for all pintle shape.

핀틀 노즐 유동장의 수치해석적 연구

김중근(Joung Keun Kim),이지형(Ji Hyung Lee),장홍빈(Hong Been Chang) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회지 Vol.13 No.2

Both the nozzle expansion ratio and the chamber pressure are simultaneously and continuously changed according to pintle movement, resulting in a different internal flow structure and flow separation characteristics. In this paper, the pintle position effect on nozzle flow structure and separation phenomena is analyzed by experimental-aided Computational Fluid Dynamic(CFD). Among the turbulent models for RANS(Reynold Averaged Navier Stokes) in Fluent, Spalart-Allmaras model is better agreement with the nozzle wall pressure distribution attained by cold-flow test than other models. And even if a conical nozzle is used, there is a shock structure similar to cap-shock pattern mainly occurred in contoured or shaped optimized nozzle because of internal shock generated from pintle tip flow separation.

추력시험대에 적용된 플렉셔 거동 분석

김중근(Joung Keun Kim),윤일선(Il Sun Yoon) 한국추진공학회 2006 한국추진공학회지 Vol.10 No.3

핀틀 노즐형 로켓 모타의 추력 조절 성능에 관한 연구

김중근(Joung-Keun Kim),박종호(Jong-Ho Park) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.4

노즐의 팽창 조건에 따라 적용할 수 있는 이론적인 추력을 구하고 구해진 추력식을 이용하여 고체 추진기관의 추력을 조절하는 핀틀 추진기관의 설계변수, 즉 압력지수, 최소 작동압력, 대기압, 소화압력이 추력 조절 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 분석결과 압력지수가 클수록, 최소 작동압력이 낮을수록, 대기압이 높을수록, 그리고 소화압력이 높을수록 핀틀로 노즐목 면적 크기를 조금만 조절하여도 낮은 연소관 압력 조절 범위에서 충분히 원하는 추력비를 얻을 수 있음을 확인하였다. Theoretical thrust equations for the diverse nozzle expansion condition were derived. By using the obtained thrust equations, parametric studies were carried out to estimate the effect of pressure exponent, minimum operation pressure, ambient pressure and extinguishment pressure on thrust modulation performance in pintle-nozzle solid rocket motors. Analysis results showed that thrust turndown ratio can be easily attained by small nozzle-throat area variation at high pressure exponent, low minimum operation pressure, high ambient pressure and high extinguishment pressure condition. At those conditions, the highest chamber pressure to obtain the intended thrust turndown ratio can be minimized.

핀틀 형상이 노즐 성능에 미치는 영향에 관한 연구

김중근(Joung Keun Kim),박종호(Jong Ho Park) 한국항공우주학회 2008 韓國航空宇宙學會誌 Vol.36 No.8

고체 추진기관은 고정된 추진제 그레인 형상과 노즐목 때문에 정해진 단순 추력을 가지게 된다. 핀틀 노즐은 기존의 고체 추진기관의 장점을 가지면서도 추력 조절이 불가능한 단점을 보완하기 위해 제안된 방법이다. 본 연구에서는 핀틀 형상이 노즐 성능에 미치는 영향을 실험과 수치해석 방법으로 평가하였다. 핀틀 형상은 단순성의 원리에 근거하여 변경하였으며 각각의 형상에 대한 내부 유동장은 k-ε 난류모델을 적용하여 Fluent로 해석하였다. 본 연구로부터 핀틀 형상이 노즐내의 충격파 구조 및 유동박리 영향을 주어 노즐 추력 및 핀틀 하중에 영향을 미침과 최적의 노즐 성능을 발휘할 수 있는 핀틀 형상이 존재함을 확인하였다. Typical solid rocket motors have a fixed propellant grain shape and nozzle throat size resulting in a fixed motor thrust. Pintle nozzle has been suggested as a means of providing variable thrust while maintaining the inherent advantage of solid rocket motors. In this study, the pintle shape effect on nozzle performance is investigated using experimental-aided Computational Fluid Dynamics(CFD). The pintle shape is modified by a principle of monotony. CFD analysis is performed using Fluent by applying the k-ε turbulent model. This analysis indicates that nozzle thrust and pintle load are influenced by change of nozzle shock pattern and flow separation due to pintle shape and there exists a high-performing pintle shape.