복합재 체결부의 파손해석을 위한 새로운 특성길이 결정 방법

안현수 ( An Hyeon Su ),권진희 ( Kwon Jin Hui ),최진호 ( Choe Jin Ho ) 한국복합재료학회 2003 Composites research Vol.16 No.4

본 논문에서는 특성길이 결정을 위해 시편에 가해지는 하중과 내부 응력분포의 관계가 거의 선형적으로 변한다는 특성을 이용하여, 실험을 수행하지 않고 복합재 체결부 파손해석을 위한 특성길이를 결정할 수 있는 방법을 제안하였다. 제안된 방법을 사용할 경우 특성길이 결정을 위한 실험 없이도, 실험값을 사용한 결과와 동일한 압축특성길이를 얻을 수 있음을 보였다. 압축특성길이 결정에서와 마찬가지로 실험 없이 인장특성길이를 결정하기 위해, 기존의 방법에서와 달리, 인장특성길이의 정의를 위해 사용하는 적층판의 강도값을, 원공이 없는 적층판의 값이 아닌 원공을 가진 적층판의 값을 사용하였다. 유한요소해석은 MSC/NASTRAN을 이용하였고, 체결재와 복합재의 접촉부는 접촉면 요소를 사용하여 모델링하였다. 제안된 방법으로 해석한 복합재 체결부의 파손하중은 Graphite/Epoxy 복합재료 체견부이 실험 결과와 매우 잘 일치함을 확인하였다. Proposed is a new method to determine the characteristic lengths for the failure analysis of composite joint without experiments. New method uses the result that the stress distribution in the characteristic length specimens is linearly proportional to the applied load. The compressive characteristic lengths calculated by the present method are exactly same as the lengths obtained by the conventional method based on experiment. The new tensile characteristic length is defined using the strength of the notched laminate, while previous methods use the strength of the sound laminate. That change allows calculating the tensile characteristic length numerically without experiment like the compressive characteristic length. Finite element analyses are conducted by MSC/NASTRAN. The interface between the fastener and laminate is modeled by the contact surface element. The finite element results based on the new characteristic lengths show the excellent agreement with experimental results for the Graphite/Epoxy composite joints.

특성길이 변화에 따른 H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>/Kerosene 이원추진제 로켓 엔진의 성능평가

조성권(Sungkwon Jo),장동욱(Dongwuk Jang),김종학(Jonghak Kim),윤호성(Hosung Yoon),권세진(Sejin Kwon) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

고농도 과산화수소를 이용하는 1,200 N 급 이원추진제 로켓 엔진 개발을 위한 기존 연구와 더불어, 특성길이의 영향 및 추력 측정을 통한 실질적인 성능을 평가하였다. 특성길이는 0.95, 1.07과 1.20 m, 총 3가지 경우에 대하여 실험을 수행하였으며, 특성길이의 증가에 따라 C<SUP>*</SUP> 효율 및 Isp 효율 모두 증가함을 확인하였다. 설계 당량비에서의 최대 C<SUP>*</SUP> 및 Isp 효율은 각각 98.4%와 93.1%로 측정되었다. 엔진 성능 평가 결과를 바탕으로 분해된 과산화수소를 이용한 엔진에서의 최적 특성길이를 제안하고, 설계 당량비에서의 추력 및 비추력 효율을 이용하여 진공에서의 엔진성능을 예측하여 보았다. 그 결과, 지상 218.4 s, 진공 253.3 s의 비추력과, 진공 추력 1035.3 N의 성능을 예상할 수 있다. In addition to the previous study for development of a 1,200 N-class bipropellant rocket engine with concentrated hydrogen peroxide, the effect of characteristic length and thrust measurement were experimentally evaluated. Tests with characteristic lengths of 0.95, 1.07, and 1.20 m were performed and C<SUP>*</SUP> and Isp efficiencies were increased as increasing characteristic length. The maximum C<SUP>*</SUP> and Isp efficiencies were 98.4% and 93.1% respectively. Based on the evaluation of the designed engine, the optimized characteristic length was proposed in using the engine adapted decomposed hydrogen peroxide and the engine performance at vacuum-level was evaluated using thrust and Isp efficiency at the designed equivalence ratio. As a result, 218.4 s at sea-level, 253.3 s at vacuum-level, and vacuum thrust of 1035.3 N can be estimated.

굽힘 하중을 받는 복합재 기계적 체결부의 강도예측에 관한 연구

백설 ( Seol Baek ),강경탁 ( Kyung Tak Kang ),이진아 ( Jin A Lee ),전흥재 ( Heoung Jae Chun ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.6

본 논문에서는 특성길이 및 특성 곡선 방법을 굽힘 하중 상태의 복합재 기계적 체결부에 적용하여 강도를 예측하는 연구를 수행하였다. 선행 연구들이 특성길이 및 특성 곡선 방법을 인장과 압축 하중에만 적용한 것과 달리 본 연구에서는 굽힘 하중에 적용하고 그 가능성을 확인했다. 체결부 파손 해석을 위해 ABAQUS를 사용하여 핀과 모재의 접촉 및 마찰을 고려한 비선형 해석을 수행하였다. 해석결과를 이용하여 얻은 특성 곡선상에서Tsai-Wu 이론을 적용하여 파손 및 파단 양상을 예측하였다. 또한 복합재 시편에 굽힘 하중을 가해 파손하중을 알아보는 실험을 통해 검증한 결과 해석으로 얻은 복합재 체결부의 파손하중이 실험 결과와 매우 잘 일치함을 확인하였다. 결론적으로 특성길이 및 특성 곡선 방법이 굽힘 하중 상태의 복합재 기계적 체결부의 강도를 비교적 잘예측할 수 있다는 것을 알 수 있었다. This paper predicted the strength of mechanical joint of composites under bending load by means of thecharacteristic curve method. The method has been employed only for tensile and compression load conditions, but inthis study, this method was extended to the bending load condition. For the finite element analysis (FEA), the nonlinearanalysis was conducted considering the contact and friction effects between composite material and pin. Thefailure strength and mode on characteristic curve were evaluate with Tsai-Wu failure theory. To validate the results ofFEA, the experiments were conducted to find out the failure load by applying bending moment on the compositespecimens. The results showed reasonable agreements with theoretical results. These results lead to a conclusion thatthe characteristic curve method can be applied to predict the bending strength of mechanical joint of composites.

하이드라진 추력기의 추력실 특성길이 변화가 연소성능에 미치는 영향

김종현(Jong Hyun Kim),정훈(Hun Jung),김정수(Jeong Soo Kim) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.2

우주발사체 자세제어용 하이드라진 추력기의 추력실 특성길이(L*) 변화에 따른 연소성능을 확인하기 위해 개발모델 추력기에 대한 지상연소시험을 수행하였다. 각각의 추력기에 대한 성능특성이 추진제 주입압력 2.41 MPa (350 psia)에서의 정상상태 추력, 비추력, 응답특성 및 특성속도 등과 같은 성능변수로 분석되었다. 시험결과, 표준모델 대비 추력실 특성길이의 증가와 감소에 따라 특성속도 및 비추력성능이 공히 감소하였던 바, 표준모델의 추력실 형상이 요구성능에 대하여 가장 적합하게 설계되었다는 사실이 확인되었다. A ground firing test for hot-fire performance evaluation according to the characteristic length(L*) variation of thrust chamber was carried out for the hydrazine thruster which may be employed in space launch vehicles. A scrutiny into the performance characteristics of each thruster is made in terms of thrust, specific impulse, response characteristics, and characteristic velocity at steady-state firing mode with propellant inlet pressure of 2.41 MPa (350 psia). Through the test results, it has been verified that performance of characteristic velocity and specific impulse degrades as the characteristic length deviates from that of the standard model. Thus, it is confirmed that the thrust chamber configuration of standard model was suitably designed for the requirement specified.

Canted slit 형상의 핀틀 인젝터 로켓엔진에서 특성길이 변화에 따른 연소성능

이장환(Janghwan Lee),김완찬(Wanchan Kim),김민석(Minseok Kim),김선훈(Sunhoon Kim),고영성(Youngsung Ko),김형모(Hyungmo Kim) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

본 연구에서는 케로신과 액체산소를 추진제로 사용하는 핀틀 인젝터의 기초설계자료를 확보하고 설계절차를 확립하여 고정형 핀틀 인젝터를 제작하였다. 이를 적용한 액체로켓엔진의 연소실 특성길이에 따른 연소시험을 통해 연소성능에 관한 연구를 수행하였다. 연소실 특성길이 0.41 m에서 1.07 m까지의 연소시험을 통해 연소성능이 약 90∼95%까지 측정되었으며 추진제 조합에 따른 특성길이 추천치는 1.02~1.27 m이나 특성길이 0.76 m이상에서 최적의 성능을 가짐을 확인하였다. In this study, a fixed pintle injector which uses kerosene and liquid oxygen as propellants was made by collecting basic design data and establishing a design procedure. Combustion performance of the liquid rocket engine was studied by combustion tests for the effect of combustion chamber characteristic length. As a result of hot fire tests, combustion efficiency was measured from 90 to 95 percentage by various characteristic lengths from 0.41m to 1.07m. Also, it showed optimum performance over 0.76m characteristic length, whereas characteristic length of the propellant combinations is recommended from 1.02m to 1.27m.

추력실 길이가 음속노즐을 적용한 70 N 단일액체추진제 추력기의 성능에 미치는 영향

정훈(Hun Jung),이원복(Wonbok Lee),박의용(Euiyong Park),이동원(Dongwon Lee),권태하(Taeha Kwon),서항석(Hang Seok Seo),배성훈(Seong Hun Bae),김정수(Jeong Soo Kim) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

음속노즐을 적용한 70 N급 단일액체추진제 추력기의 추력실 길이 변화에 따른 성능특성 고찰을 위해 개발모델 추력기에 대한 지상연소시험을 수행하였다. 특성길이 2.79, 2.95, 3.13 m를 갖는 추력실 조립체가 시험변수로 적용되었으며, 추진제로는 하이드라진이 사용되었다. 본 연구의 성능비교 변수인 비추력 도출을 위한 추력, 추진제 질량유량과 함께 압력, 온도 등이 실시간으로 계측 되었다. 지상연소시험 결과, 시험조건 내에서의 추력실 길이 증가가 추력기의 주요 성능 매개변수에 부정적인 영향을 미치는 것이 식별되었다. A ground hot-firing test (HFT) was carried out to investigate the performance of 70 N-class liquid-monopropellant thruster that is assembled with sonic nozzle. Development model was evaluated on various thrust chambers having the characteristic lengths of 2.79, 2.95, and 3.13 meters and hydrazine was adopted as a propellant. Performance comparison of the test models were made through specific impulse, and thrust, propellant mass-flow rate, and chamber pressure/temperature were measured in real time. It is deduced through the HFT that the increase of the chamber length leads to a performance degradation in the test condition specified.

연기감지기 응답특성의 수치화에 관한 연구

강두호(Dooho Kang),최한빛(Hanbit Choi),황의홍(Euyhong Hwang),최돈묵(Donmook Choi) 한국방재학회 2023 한국방재학회논문집 Vol.23 No.5

본 연구는 연기감지기의 응답을 이용하여 응답특성의 수치화에 관한 방안을 모색하기 위하여 진행하였다. 이론적 고찰에서 연기감지기의 입구저항에 관한 이론을 검토하여 시간상수와 특성길이를 통한 응답특성의 수치화에 관한 방안을 제안하였다. 제안한 방안의 적용을 위하여 감지기의 우수품질인증 시험세칙에 제시된 종이, 목재의 실규모화재실험을 진행하였다. 결과분석을 위하여 연기감지기의 시간상수의 관점을 3가지로 분류하여 각각 도출하였다. 국내 연기감지기의 응답특성은 회백색연기를 발생시키는 화재에서는 시간상수의 관점을 연기 peak치를 기준으로 한 관점으로 보는 것이 타당하다고 판단된다. 본 논문을 기반으로 다양한 시료 및 화재 양상에 대하여 추가적인 연구가 이루어진다면 감지기 설치 시 예상되는 응답특성을 유추할 수 있고, 감지기의 신뢰도 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. This study was conducted to quantify the response characteristics of a smoke detector. The theory on the entrance resistance of a smoke detector was reviewed, and a method for quantifying the response characteristics through the time constant and characteristic length was proposed. To apply the proposed method, a real-scale fire test of paper and wood, as described in the Excellent Quality Certification Test Rules for Detectors, was conducted. The time constant of the smoke detector was classified into three categories and derived. For domestic smoke detectors, the time constant can be reasonably determined based on the smoke peak value in fires that generate grayish white smoke. This study can serve as a reference for further studies on various samples and fire patterns; the expected response characteristics can be inferred when the detector is installed, which will contribute to improving the reliability of the detector.

추력실 길이에 따른 하이드라진 추력기의 저주파 연소불안정 특성

정훈(Hun Jung),김종현(Jong Hyun Kim),박재문(Jae Moon Park),배성훈(Seong Hun Bae),김정수(Jeong Soo Kim) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

70 N급 하이드라진 추력기 개발모델의 압력 불안정 특성 고찰을 위한 시험평가가 수행되었다. 개발모델의 추력실 형상이 연소 안정성에 미치는 영향을 규명하기 위해, 하단 촉매대의 길이 변화에 따른 지상연소시험이 수행되었다. 성능평가 결과, 시험모델에서 저주파 압력 불안정 특성이 관찰되었으며 불안정성은 추력실 압력과 추진제 공급특성이 연계되어 발현되는 추진제 분무의 동적특성에 지배적인 영향을 받는 사실이 확인되었다. A test and evaluation was carried out to make a close examination into the combustion instability for the 70 N-class hydrazine thruster under development. In order to investigate the effects of thrust chamber configuration on combustion stability, ground hot-firing tests for the development models were performed with variation of lower catalyst-bed length. As a result, it was identified that low-frequency pressure instability appears in the test models. This instability was primarily affected by the dynamic nature of propellant spray which is consequence of coupling between thrust chamber pressure and propellant supply characteristic.

선체저항 성능에 관련한 한국 어선선형의 특성과 개선방안

이영길,지현우,유진원,강대선,권수연,Lee, Yeong-Gil,Ji, Hyeon-U,Yu, Jin-Won,Gang, Dae-Seon,Gwon, Su-Yeon 선박안전기술공단 2008 선박안전 Vol.25 No.-

저항성능 측면에서 한국 어선선형의 특성을 파악하기 위하여, 본 연구에서는 한국과 일본에서 건조되어진 대표적인 어선을 한 척씩 선정하여 두 어선의 선형적 특성을 비교하였다. 또한 한국 어선의 선형적 특성들, 즉 일부 대표적인 선형요소들과 이를 제외한 기타의 국부적 선형특성들을 일본어선의 선형을 참고로 보정함으로써 우리나라 어선들의 저항성능을 향상시킬 수 있는 방안에 대하여 연구하였다. 한국어선과 일본어선은 해양환경과 어업의 종류가 다를 뿐만 아니라 관습적인 이유 등으로 선형의 차이가 있게 되며, 이것은 한국 어선이 일본 어선에 비하여 같은 배수량을 가지더라도 배 길이가 짧은 반면 폭이 넓으며 흘수가 얕은 대표적인 선형요소들의 차이로 확인할 수 있다. 이러한 차이를 고려하여, 일본어선들에 대한 유효마력 추정프로그램을 한국어선들에 맞게 보정.개발하는 과정을 통하여 양국 어선의 저항성능 차이를 확인할 수 있었으며, 보정된 프로그램을 이용하여 연구대상의 한국어선에 대한 저항저감효과를 줄 수 있는 선형요소들을 도출함으로써 선형요소들의 변화에 따른 저항성능 효과를 확인할 수 있었다. 그러나 선형요소들의 보정에도 불구하고 한국어선의 저항성능은 여전히 일본어선의 그것보다 떨어짐을 확인하여, 본 연구에서는 대표적인 선형요소들뿐만 아니라 국부적 선형특성 즉, 선수부에서 차인선(chine line) 경사도, 용골의 형상, 선미길이(용골 끝에서 선미단까지의 거리)를 각각 보정해 봄으로써 보다 더 큰 저항성능의 개선효과를 확인하였다. 본 연구결과는 앞으로 저항성능이 우수하면서도 실용 가능한 개량된 한국 어선선형의 개발에 기초적인 자료로서 활용이 가능할 것으로 사료된다.

단일액체추진제 하이드라진 추력기의 추력실 특성길이에 따른 성능특성

정훈,김종현,김정수 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

우주비행체의 주 엔진 및 자세제어용 추력기로 적용가능한 소형로켓엔진의 촉매대 최적설계변수 도출을 위해 개발모델의 지상연소시험을 수행하였다. 추력실 특성길이 변화에 따른 성능특성을 추력, 추진제 질량유량, 연소실 압력 및 온도 등으로 고찰하였다. 상기의 원시변수들을 기초로 도출한 비추력, 하이드라진 분해반응결과 등을 통해 시험모델들 간의 성능을 비교하고, 적외선카메라를 이용해 가시화한 노즐 배기의 형상을 정성적으로 관찰하였다. 성능평가결과, 시험조건 내에서의 특성길이 증가는 추력기의 성능저하를 야기하는 것이 확인되었다. A ground hot-firing test was conducted to take out the optimal design configurations for the catalyst bed of small rocket engine which can be used in the primary engine or attitude control thruster of space vehicles. Performance characteristics with the variation of thrust-chamber characteristic length are investigated in terms of thrust, propellant mass flow rate, chamber pressure and temperature. Additionally, performance comparison was made through the specific impulse and result of hydrazine decomposition rate derived from the primitive performance parameters. Nozzle jet image captured by infrared (IR) camera is examined for the qualitative observation of nozzle exhaust gases. It is confirmed that increase of characteristic length leads to performance degradation in this test condition.