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신동순(DongSun Shin),김경석(KyungSeok Kim),한상엽(SangYeop Kim),방정석(JeongSuk Bang),김현웅(HyenWoong Kim),조동혁(DongHyuk Jo) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
3단 터빈배기부 구성은 터빈 플랜지, 열교환기, 배기덕트와 추력노즐로 이루어진다. 냉가스 가압 방식에 비하여 열교환기 가압 방식을 사용함으로서 추진제탱크 가압을 위한 헬륨가스 자체 무게와 저장 탱크 무게가 감소하는 장점이 있기 때문에 발사체에 열교환기를 사용한다. 가스발생기는 추진제 연료과농 조건에서 연소가 이루어지며, 연소가스 중에 그을음이 많이 포함되어 있기 때문에 열교환 효율이 감소하는 것을 고려하여 열교환기를 설계해야 한다. 본 논문에서는 터빈배기부 구성품 배치, 열교환기 내부 구조 및 제작성을 고려한 설계기법, 기 설계된 노즐 설계를 바탕으로 3단 터빈배기부 재 노즐 설계 형상에 대한 장점을 기술하였다. The turbine exhaust system consists of a turbine flange, heat exchanger, exhaust duct and thrust nozzle. Heat exchanger is used for the launch vehicle because of the advantage of reducing the weight of the helium gas and the storage tank by using the heat exchanger pressurization method compared to the cold gas pressurizing method. Since the gas generator is combusted in fuel-rich condition, the soot is contained in the combustion gas. Hence, the heat exchanger should be designed considering the reduction of the heat exchange efficiency due to the soot effect. In addition, the uncertainty of the heat exchange calculation and the evaluation of the influence of the combustion gas soot on the heat exchange can not be completely calculated, so the design requirements must include a structure that can guarantee and control the temperature of the heat exchanger outlet. In this paper, it is described that the component allocation, the design method considering the manufacture of internal structure, the advantages of new concept of nozzle design.
가스발생기와 터빈배기부 열교환기 연계시험을 위한 설비 구성 및 성능시험
강동혁(Donghyuk Kang),임병직(Byoungjik Lim),김종규(Jonggyu Kim),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.12
열교환기의 열유동 특성 평가를 위해 가스발생기와 연계한 연소시험이 연소기 연소시험설비에서 수행되었다. 극저온 헬륨을 이용하여 6번의 연소시험을 수행하였으며, 연소시험 결과 열교환기 시험조건과 비교하여 5%이내의 오차를 확인하였다. 본 논문에서는 열교환기 열유동 특성 평가를 위한 설비구성과 열교환기 시험결과를 분석하여 시험설비의 성능에 관한 사항을 기술하였다. In order to evaluate the thermal flow characteristics of the heat exchanger, coupled hot firing tests of gas generator were carried out in a Combustion Chamber Test Facility. The six hot firing tests were carried out using cryogenic helium and it has been found within 5% errors between the measured results by hot firing test condition and hot firing test results. This paper describes facility configuration for evaluating the thermal flow characteristics of the heat exchanger and capability of test facility using analyzed hot firing test results of heat exchanger.
Rib Type 열교환기의 열교환 효율 향상을 위한 Fin 형상 연구
신동순(Dongsun Shin),김경석(Kyungseok Kim),오정화(Jeonghwa Oh),방정석(Jeongsuk Bang),김현웅(HyenWoong Kim) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.5
한국형발사체 1단 터빈배기부에 위치한 열교환기는 액체 산화제탱크 내부에 설치된 구형탱크에 저장된 극저온/고압 상태의 헬륨을 열교환기를 통하여 고온으로 팽창시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 추진제탱크 가압에 사용되는 Rib type 열교환기의 열교환 효율을 증가시키기 위하여 열교환기 내부 Fin 구조물의 형상 변화에 따라 열교환 특성이 어떻게 변화되는지를 알기 위하여 수치해석을 진행하였다. 유동해석 결과 열교환 효율을 향상시키기 위한 가장 효과적인 방법은 Fin 사이에 유체가 흐를 수 있는 면적을 증가시키고 난류 유동을 유발시키는 것이 효율적인 것임을 파악하였다. 또한, Fin 표면에 톱니 형태를 추가할 경우 열전달 면적을 늘릴 수 있을 뿐 아니라, 경계층 구조에 변화를 줄 수 있음으로서 Fin 사이에 쌓인 soot가 제거될 것으로 사료된다. The heat exchanger located behind the exhaust duct of the gas generator of KSLV-Ⅱ expands the cryogenic / high pressure helium to high temperature. In this study, to improve the heat exchange efficiency of the Rib type heat exchanger used in KSLV-Ⅱ, numerical analysis of the heat exchange characteristics according to the shape change of the Fin structure inside the heat exchanger was understood. As a result, it was found that the most effective method for improving the heat exchange efficiency is to make a space for flowing the fluid between the Fins. In addition, adding a wedge shape to the Fin surface can not only increase the heat transfer area but also change the boundary layer structure. It is considered that the soot accumulated between the fins is removed.
조동혁(Donghyuk Jo),김현웅(HyunWung Kim),방정석(JeongSeok Bang),이병호(Byungho Rhee),신동순(DongSun Shin),한상엽(SangYeop Han) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
본 논문은 롤 제어를 수행하는 용접 벨로우즈 개발에 관한 연구이다. 벨로우즈 개발은 소재 선정, 설계, 시제품제작, 검증시험 등의 과정으로 진행되었다. 소재는 강도, 내열성, 내식성이 뛰어난 Inconel(인코넬)를 사용하였고, 샘플 벨로우즈 제작 공정은 Left Membrane, Right Membrane을 성형한 후 Left Membrane, Right Membrane을 용접하여 CV(convolution)를 만들고 여러개의 CV(convoultion)를 용접하여 코어(Core)를 만든다. 코어(Core)상태에서 열처리 한 후 코어(Core) 끝단부 Adapter Ring을 용접하는 공정으로 제작하였다. 시제품 검증은 1.Left Membrane, Right Membrane 단품 검수, 2.Left Membrane, Right Membrane 용접부 검증, 3.열처리 검증, 4. 진원도 검증을 수행하였다. 위의 과정으로 제작된 샘플벨로우즈의 성능 테스트를 위한 치구 제작 후 기밀 시험, 모멘트 시험, 수명시험을 수행하였고 열환경 수명시험을 진행하였다. In this paper, it is a study on the development of welding bellows for roll control. Bellows development process was conducted in the order of the material selection, design, verification test. We were using the Inconel material with excellent strength, heat resistance, corrosion resistance. Bellows sample manufacturing process ; Left Membrane and Right Membrane press forming, Left Membrane and Right Membrane welded to make a CV(convolution), makes the core by welding multiple CV(convolution), Core heat treatment after the adapter Ring welding. Bellows sample verification procdures ; 1. Inspection of Left Membrane and Right Membrane. 2. Welding inspection of Left Membrane and Right Membrane. 3. Inspection of heat treatment. 4. Verification of roundness. The progress of the performance test of the bellows samples that have been produced in the above processre ; After fabrication a bellows performance test jig, leak test, moment test, life cycle test and thermal environment life cycle test was conducted.
신동순(DongSun Shin),유이상(Isang Yu),고영성(Youngsung Ko),채명일(MyeongIl Chae),조동혁(DongHyuk Jo) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.5
한국형발사체 액체추진기관의 열교환기는 가압제 저장탱크로부터 토출되는 고압/극저온 헬륨가스를 고온으로 열팽창시키기 위해 가스발생기에서 연소된 고압/고열의 연소가스를 이용하여 고온으로 팽창하게 된다. 따라서 열교환기는 터빈을 구동시키고 나오는 배기덕트 후단에 위치하게 된다. 본 연구에서는 열교환기의 성능해석을 위해 열교환기 내부 벽면의 Fin 높이를 변화시켜가며 열전달 해석을 수행하였다. 이때 열교환기의 열교환이 발생하는 Fin 부분을 2구역으로 나누고, Fin 높이를 8mm-8mm와 9mm-9mm로 변경한 모델을 이용하였다. 열교환기의 해석을 수행한 결과 Fin 높이 9mm-9mm에서 입구와 출구에서의 정온도 차이가 큰 것으로 보아 열교환이 더 잘 일어난다고 판단했다. The heat exchanger of a Korean projectile liquid propulsion system uses the high-pressure combustion gas burned by the gas generator for thermal expansion of the high-pressure and cryogenic helium gas discharged from the pressurized heat storage tank. Therefore, the heat exchanger is located at the end of the exhaust duct running the turbine. In this study, the heat transfer analysis was performed by varying the height of the pin on the inside wall of the heat exchanger for performance analysis. The heat exchanger was divided into two sections, and changed the pin heights to 8 mm-8 mm and 9 mm-9 mm. As result of the analysis of the heat exchanger, the difference of static temperature between the entrance and the exit at the Fin-Height of 9 mm-9 mm indicates that the heat exchange is more likely to occur.