액체로켓엔진 연소기 산화제 선공급 Cyclogram에 의한 점화특성

한영민(Yeoung-Min Han),김종규(Jonggyu Kim),이광진(Kwang-Jin Lee),임병직(Byoungjik Lim),안규복(Kyubok Ahn),김문기(Munki Kim),서성현(Seonghyeon Seo),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.11

액체로켓엔진 재생냉각 연소기에서 산화제 선공급 cyclogram시의 점화 특성에 대해 기술하였다. 연소기의 연소압력은 60 bar, 추진제 유량은 약 89 kg/s 그리고 노즐 팽창비는 12이다. 산화제 선공급 cyclogram을 위해 수행한 연소기로의 연료 및 산화제 수류시험, 산화제 선공급에 따른 점화기 작동성 확인을 위한 점화시험, 연소기의 주 점화 및 연소 확인을 위한 저압 연소시험 그리고 설계점에서 연소기 작동성/연소 안정성 및 연소성능/재생냉각 성능 확인을 위한 연소시험 등에 대해 기술하였다. 산화제 선공급 점화 및 연소시험은 성공적으로 이루어졌으며 연소기에 대한 안정적인 점화 cyclogram을 개발하였다. Ignition characteristics of combustion chamber with LOx lead cyclogram for liquid rocket engine were described. The combustion chamber has chamber pressure of 60 bar, propellant mass flow rate of 89 kg/s, and nozzle expansion of 12. Cold flow test to determine the filling time of propellant for cyclogram with LOx lead supply, ignition test to check the ability to ignite starting fuel from the ignitor, low pressure combustion test to check the propagation of flame into main fuel-oxidizer mixture from starting fuel and the main combustion stage, and design point combustion test to check the combustion performance were performed. Ignition and combustion tests with LOx lead supply were successfully performed and the stable cyclogram of start sequence for combustion chamber was developed.

30톤급 액체로켓엔진 연소기 재생냉각 연소시험 결과

한영민(Yeoung-Min Han),김종규(Jonggyu Kim),이광진(Kwang-Jin Lee),임병직(Byoungjik Lim),안규복(Kyubok Ahn),김문기(Munki Kim),서성현(Seonghyeon Seo),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.5

추력 30톤급 액체로켓엔진 재생냉각 연소기에서 수행했던 연소시험의 결과에 대해 기술하였다. 연소기의 연소압력은 60 bar, 추진제 유량은 약 89 kg/s 그리고 노즐 팽창비는 12이다. 연소기는 분사기 헤드, 배플분사기 그리고 재생냉각 연소실 등으로 구성하였다. 연소시험은 설계점뿐만 아니라 탈설계점 등 다양한 조건에서 이루어졌다. 연소특성속도는 약 1738부터 1751 m/sec이며, 비추력은 약 253에서 270 sec 정도의 값을 얻었다. 재생냉각 연소기의 최대 연소특성속도는 혼합비 2.35에서 나타났으며 최대 비추력은 혼합비 2.5에서 나타났다. Results of combustion tests performed for a regenerative cooling combustor of a 30 tonf-class liquid rocket engine were described. The combustion chamber has chamber pressure of 60 bar, propellant mass flow rate of 89 kg/s, and nozzle expansion of 12. The combustion chamber is composed of mixing head, baffle injector, and regenerative cooling chamber. The hot firing tests were performed at design and off-design points. The test results show that the combustion characteristic velocity is in the range of 1738~1751 m/sec and the specific impulse of the combustion chamber is in the range of 253~270 sec. The peak of combustion characteristic velocity and specific impulse for this combustor is shown at mixture ratio of 2.35 and 2.5, respectively.

30톤급 액체로켓엔진 재생냉각 연소기 저압 연소시험 결과

한영민(Yeoung-Min Han),김종규(Jonggyu Kim),이광진(Kwang-Jin Lee),임병직(Byoungjik Lim),안규복(Kyubok Ahn),김문기(Munki Kim),서성현(Seonghyeon Seo),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5

30톤급 액체로켓엔진 재생냉각 연소기에서 넓은 영역에서의 연소기 작동성 및 연소성능 등을 확인하기 위한 저압 및 설계/탈설계점 연소시험 결과에 대해 기술하였다. 연소기의 연소압력은 60 bar, 추진제 유량은 약 89 kg/s 그리고 노즐 팽창비는 12이다. 연소특성속도에 대한 압력의 영향은 혼합비 에 따라 크게 나타났다. 연소기의 비추력은 혼합비에 크게 영향을 받지 않았고 압력에 비례함을 알 수 있었다. 본 결과는 향후 대형 연소기에서 저압 연소시험의 가능성을 제시할 뿐만 아니라 대형 연소기의 고압 연소압력에서의 연소성능을 예측하는 기본 데이터로 활용될 수 있을 것이다. Test results of combustion chamber to verify the operation and the combustion performance at low pressure, design and off-design conditions for 30ton-class liquid rocket engine were described. The combustion chamber has nominal chamber pressure of 60 bar, propellant mass flow rate of 89 kg/s, and nozzle expansion of 12. Effects of chamber pressure on combustion characteristic velocity are largely affected by mixture ratio. The specific impulse of combustion chamber is proportional to the chamber pressure regardless of the mixture ratios. The present results can be used as the base to predict the combustion performance of large sized chamber at high pressure while demonstrating the possibility of low pressure firing test of large sized chamber.

정적연소실을 이용한 메탄올 혼합연료의 연소특성에 관한 연구

조행묵(Haeng Muk Cho),이창식(Chang Sik Lee) 한국자동차공학회 2004 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

This work is to obtain the combustion characteristics of methanol-blended fuel in a constant volume combustion chamber. The combustion characteristics of methanol-blended fuel in a constant volume combustion chamber are investigated for various conditions of equivalence ratio, initial pressure, and pre-mixture temperature of mixture. The results of combustion experiment show that the combustion pressure is increased in accordance with the increase of initial pressure in the chamber. The combustion duration of blended fuel is increased with the decrease of air 뺈uel equivalence ratio of methanol-blended fuel.

75톤급 액체로켓엔진 연소기 저압시험을 통한 연소성능 예측

한영민(Yeoung-Min Han),김종규(Jong-Gyu Kim),이광진(Kwang-Jin Lee),임병직(Byoung-Jik Lim),서성현(Seonghyeon Seo),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.5

우주발사체용 75톤급 액체로켓엔진 연소기의 저압연소시험에서 얻은 데이터를 기본으로 75톤급 연소기의 연소특성속도 및 비추력을 예측하였다. 75톤급 연소기 저압연소시험에서 연소특성속도는 약 1750 m/sec, 비추력은 240 sec로 30톤급 연소기의 저압 성능보다 높은 값을 보여주었다. 30톤급 연소기의 연소시험에서 얻은 저압/고압 관계식을 통해 75톤급 연소기의 설계점에서 연소특성속도는 약 1770 m/sec, 비추력은 약 278 sec로 목표치를 상회하는 값을 예측하였다. The performance of 75 ton liquid rocket engine combustion chamber for a space launch vehicle was predicted through firing tests at low pressure. In low pressure tests of 75 ton LRE combustor chamber, the combustion characteristic velocity of 1750 m/sec and the specific impulse of 240 sec were obtained which are higher than the low pressure performance of 30ton combustion chamber. The combustion characteristic velocity of 1770 m/sec and the specific impulse of 278 sec at design point for 75 ton LRE combustion chamber were predicted by using the low/high pressure performance correlation of 30ton LRE combustion chamber.

실물형 연소기의 형상에 따른 연소특성속도 비교

김종규(Jonggyu Kim),한영민(Yeoung-Min Han),안규복(Kyubok Ahn),김문기(Munki Kim),서성현(Seonghyeon Seo),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.5

30톤급 액체로켓엔진 실물형 연소기의 형상에 따른 연소특성속도에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서 연소기의 형상은 연소기 헤드와 분리가 가능한 내열재 및 채널 냉각형 연소실(ε=3.2), 그리고 일체형인 팽창비가 각각 3.5와 12인 재생냉각형 연소기이다. 연소압력은 약 53~60 bar 그리고 추진제 유량은 약 89 kg/s이고, 적용된 분사기는 리세스수가 1.0인 동축 와류형이다. 설계점 연소시험에서 팽창비가 12인 일체형 재생냉각 방식의 연소기가 가장 큰 연소특성속도를 보였는데 이는 추진제인 케로신이 분무되기 전 챔버 냉각으로 인한 온도 상승에 따른 엔탈피의 증가 및 연소압력의 증가에 기인한 것이다. Effects of chamber configuration on combustion characteristic velocity of full-scale combustion chamber for 30-tonf-class liquid rocket engine were studied. The configurations of combustion chamber are ablative and channel cooling chamber (ε=3.2) which have detachable mixing head, and single body regenerative cooling chamber which has nozzle expansion ratio of 3.5 and 12, respectively. The combustion chambers have chamber pressure of 53~60 bar and propellant mass flow rate of 89 kg/s, and the injectors of all combustion chamber have recess number 1.0 and double-swirl characteristics. The hot firing test results at design point show that the combustion characteristic velocity of the regenerative cooling chamber which has nozzle expansion ratio of 12 is higher than that of other combustion chambers. The reasons for the above result are the increases of combustion pressure and enthalpy of kerosene which is heated due to cooling of the chamber wall before injection into the combustion field.

The Combustion Characteristics of Residual Fuel oil Blended with Fuel Additives

Se-Hyun Jang,Kyoung-Woo Lee,Jeong-Ryul Kim,Jong-Ho Kim,Seok-Hun Yoon,Ik-Soon Cho,Jae-Hyuk Choi 해양환경안전학회 2016 해양환경안전학회지 Vol.22 No.5

선박엔진은 잔사유를 에너지원으로 활용하여 운항할 수 있으며, 이를 활용한 선박에서 환경 규제와 경제성을 모두 만족시키는 다양한 방안들이 모색되고 있다. 그 중에 한 방안으로 연료 첨가제를 활용하는 기술이 있을 수 있다. 분산제와 연소촉진제는 잔사유활용 시 엔진의 연소특성 촉진에 기여할 것이라는 기대를 받고 있다. 따라서, 본 연구에서는 연소성 분석 장비(FIA/FCA)와 열 중량 분석 장비(TGA)를 활용하여 잔사유 연료첨가제가 혼합된 잔사유의 연소성을 분석하였다. 연소성 분석 장비(FIA/FCA)의 결과로는 연소에 의한 일의 총량을 분석하도록 분석법이 개발되었으며, 이 때문에 본 연구를 통하여 동일 장비를 활용하면서도 연소 효율을 간단하게 평가할 수 있는 방안을 제시하였다. 연소성 분석 결과인 ROHR 곡선으로부터, 단순한 삼각함수를 활용하여 연소특성을 예측할 수 있는 방안을 제시하였으며, 이 기법을 활용하여 기존의 압력 곡선과 유사한 결론을 도출할 수 있었다. 열 중량 분석(TGA)의 경우 연료유의 증발 특성에 민감하게 반응함을 확인하였고, 첨가제가 연료유 증발에 효과적으로 작용함을 확인하였다. Ships are capable of operating on residual fuel oil. Recently, various attempts have been made to meet environmental regulations and with ships operating on residual fuel oil. One way of fulfilling these requirements is by using fuel additives. Dispersants and fuel combustion improvers will have a positive effect on improving the combustion characteristics of the residual fuel oil. As such, this study examines fuel oils blended with additives by using fuel combustion analysis (FIA/FCA) and thermogravimetric analysis (TGA). The results of FIA/FCA focuse only on the amount of work done by the fuel oil. Therefore, it is recommended in this study that a new method to evaluate the combustion efficiency via FIA/FCA processes be developed. The analysis with ROHR curve gained by FIA/FCA brought similar results with pressure trace curve therefore it can be said that new analysis method can be reliable. The TGA, analysis process is very sensitive to the evaporation of fuel, for example, which could be addressed. In the performance-related findings of this study, blended samples with additives containing iron compounds showed a greater improvement in early combustion characteristics than samples without additives.

75톤급 액체로켓엔진 1/2.5-scale 연소기 연소시험 결과

김종규(Jonggyu Kim),한영민(Yeoung-Min Han),이광진(Kwang-Jin Lee),임병직(Byoungjik Lim),안규복(Kyubok Ahn),김문기(Munki Kim),서성현(Seonghyeon Seo),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

75톤급 액체로켓엔진 연소기의 1/2.5-scale 연소기의 시험 결과를 기술하였다. 연소기의 연소압력은 60 bar, 추진제 유량은 약 89 kg/s 그리고 노즐 팽창비는 12이다. 연소성능 및 재생냉각 성능, 연소기의 내구성 확인을 위한 수회의 설계점 연소시험과 저압조건에서의 작동성 및 연소성능을 검증하기 위한 시험이 수행되었다. 모든 연소시험은 하드웨어의 손상 없이 성공적으로 수행되었다. 본 시험결과는 향후 75톤급 연소기의 저압 연소 조건에서의 시험 가능성을 제시하고, 설계점 조건에서의 연소 성능을 예측하는 기본 데이터로 활용될 수 있을 것이다. Combustion test results of 1/2.5-scale thrust chamber for 75tonf-class liquid rocket engine were described. The thrust chamber has chamber pressure of 60 bar, propellant mass flow rate of 89 kg/s, and nozzle expansion ratio of 12. The combustion tests were conducted to verify the combustion performance, the regenerative cooling performance and the durability of thrust chamber at design point condition, and then were performed to confirm the operation and the combustion performance at low combustion pressure condition. All the tests had been successfully executed without the damage of the hardware. These test results present a possibility of hot firing test at low combustion pressure condition, and can be used as fundamental data to predict the combustion performance at design point condition for 75 tonf thrust chamber.

연료분출 조건에 따른 확산화염의 연소특성에 관한 연구

이성노,안진근 한국청정기술학회 2007 청정기술 Vol.13 No.4

본 연구에서는 연료분출각의 변화에 따라 보염기(cylindrical stabilizer) 후류에 형성되는 확산화염의 화염안정성, 재순환영역의 길이 및 온도, 보염기 후류의 난류강도 분포, 재순환영역의 연소가스 농도 등을 측정하고, 화염의 직접사진 및 슐리렌사진을 촬영하여 확산화염의 연소특성을 고찰하였다. 화염안정성은 연료분출각과 주류공기 유속의 영향을 받으며, 재순환영역의 길이와 온도는 연료분출각의 영향을 받았다. 재순환영역의 길이가 짧고 온도가 낮을수록 화염안정성이 양호하지만, 연료분출각의 변화에 따른 난류강도 분포에는 별로 차이가 없었다. 재순환영역 내 미연가스 농도가 높고 이산화탄소 농도가 낮은 경우, 화염안정성은 양호하지만 연소상태는 불량한 것으로 나타났다. 연소효율, 고부하 출력, 대기환경, 연료의 청정연소조건 등을 고려하여 적절한 연료분출각을 선정함으로써 양호한 연소조건을 유지할 수 있다. The combustion characteristics of diffusion flame formed in the wake of a cylindrical stabilizer with varying fuel injection angle were studied. This study was performed by measuring the flame stability limits, lengths and temperatures of recirculation zones of flames, turbulence intensity in the wake of stabilizer, and concentration distribution of combustion gas, and by taking photographs of flames. The flame stability limits are dependent on fuel injection angle and main air velocity. The length and temperature of recirculation zone are dependent on fuel injection angle. As the length of the recirculation zone is decreased, the flame shows more stable behavior. The temperature of recirculation zone has a maximum value at the condition of theoretical mixture. The flame stability is enhanced when the temperature in the recirculation zone decreases. The turbulence intensity in the wake of stabilizer is independent of the fuel injection angle, but it is affected by stabilizer itself and main air flow condition. If the stabilization characteristics of flame is good, the concentration of C₃H8 is high, but the concentration of CO₂ is low at the boundary of recirculation zone. The combustion characteristics of diffusion flame can be controlled by changing the fuel injection angles. The appropriate fuel injection angle should be selected to get high combustion efficiency, high load power, low environmental pollution, and clean combustion condition of fuel.

정적연소기에서 직접분사식 바이오 에탄올-가솔린 혼합연료의 연료온도에 따른 분무 및 연소 특성에 관한 실험적 연구

박기영 ( G Y Park ),김종민 ( J M Kim ),이성욱 ( S W Lee ) 한국액체미립화학회 2014 한국액체미립화학회 학술강연회 논문집 Vol.2014 No.-

As environment problem became a worldwide issue, countries are tightening regulations regarding greenhouse gas reduction and improvement of air pollution problems. With these circumstances, one of the renewable energies produced from biomass is getting attention. Bio-ethanol, which is applicable to SI engine, showed a positive effect on the PFI(Port Fuel Injection) type. However, Ethanol has a problem in homogeneous mixture formation because it has high latent heat of vaporization characteristic and in the GDI(Gasoline Direct Injection) type, mixture formation is required quickly after fuel injection. Particularly, South Korea is one of the countries with great temperature variation among seasons. With this reason, South Korea supply fuel additive for smooth engine operation during winter. Therefore, experimental study and investigation about application possibility of blending fuel is necessary. This paper demonstrates the spray and combustion characteristic by using the CVC direct injection and setting the bio-ethanol blending fuel temperature close to the temperature during each seasons: -7, 25, 35℃. The diameter and the width of the CVC are 86mm and 39mm. High-pressure fuel supply system was used for target injection pressure. High-speed camera was used for spray visualization and combustion visualization. Exhaust gas was measured by using the gas analyzer after combustion. Fig.1 represents the schematic diagram regarding the experimental apparatus. The experiment was conducted by setting the injection pressure and ambient pressure according to each temperature of bio-ethanol blending fuel as a parameter. The result of spray visualization experiment demonstrates that as the temperature of the fuel is lower, the atomization quality is lower, and this increase spray penetration and make mixture formation difficult. Injection strategy and combustion strategy according to fuel temperature and bio-ethanol blending rate is needed for improving characteristics.