ANFO 화약의 폭발 반응에 관한 수치해석적 연구

김보훈(Bohoon Kim),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5

원통형 반응 스틱의 반경에 따른 폭굉파 전파 특성에 관한 연구

김보훈(Bohoon Kim),박정수(Jungsu Park),여재익(Jai-ick Yoh) 한국연소학회 2013 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2013 No.12

The fully developed detonation velocity represents the propagating characteristics of a reacting wave front to determine the size effect behavior in cylindrical explosive charge. In this research, we are dealing with a heavily aluminized cyclotrimethylenetrinitramine containing more than 30% of aluminum powder. The present study aims at analyzing the relationship between detonation velocity and inverse radius via the unconfined rate stick numerical simulations based on Eulerian 2-D hydrodynamics. We found that the present rate model can be successfully applied to shock-to-detonation transition of reactive flows for the Al-rich high explosive by verifying size effect curve.

외부 충격에 의한 손상을 고려한 화약과 추진제의 폭발모델 개발

김보훈(Bohoon Kim),여재익(Jai-ick Yoh) 한국연소학회 2012 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.- No.45

질량분사가 있는 덕트 난류유동의 LES 해석

김보훈(Bohoon Kim),나양(Yang Na),이창진(Changjin Lee) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.3

하이브리드 로켓은 난류 산화제 유동과 고체 추진제의 기화로 인한 분사 유동 사이의 상호 작용에 의해 복잡한 형태의 혼합 전단층이 존재한다는 특별한 성질을 가지고 있다. 본 논문에서는 유동 간섭에 의해 표면에서 발생하는 진동 유동의 물리적 특성을 연구하기 위하여 압축성 효과를 고려한 질량분사가 있는 덕트 유동의 LES(Large Eddy Simulation) 해석을 수행하였다. 계산 결과에 따르면, 기화 질량이 분출됨에 따라 주유동 방향 와류의 특성이 강해지고 국부적으로 발생하는 역류 현상을 근거로 벽면 근방에서 원주방향 와류가 생성됨을 확인하였다. 그리고 시간 특성을 갖고 나타나는 와류 흘림 현상은 혼합 전단층에 기인한 유동 불안정성에 의해 촉진되었으며, 분출유동에 의해 발달한 고유 진동 유동을 의미하는 압력 섭동의 특정 진동수가 ω=8.8에서 검출됨을 확인하였다. The hybrid rocket shows interesting characteristics of complicated mixing layer developed by the interaction between turbulent oxidizer flow and injected surface mass flow from fuel vaporization. In this study, the compressible LES was conducted to explore the physical phenomena of surface oscillatory flow induced by the flow interferences in a duct domain. From the numerical results, the wall injection generates the stronger streamwise vorticites and the negative components of axial velocity accompanied with the azimuthal vorticity near the surface. And the vortex shedding with a certain time scale was found to be developed by hydrodynamic instability in the mixing layer. The pressure fluctuations in this calculation exhibit a peculiar peak at a specific angular frequency(ω=8.8) representing intrinsic oscillation due to the injection.

JWL++ 반응속도식의 미정상수 결정을 위한 화약의 이론적 모델

김보훈(Bohoon Kim),여재익(Jai-ick Yoh) 한국연소학회 2012 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.- No.44

The analytical model determining the unknown parameters of reaction rate equation which is necessary to simulate the combustion phenomena of energetic materials is proposed. The relationship between detonation velocity and size effect of energetic materials is derived from simplified JWL++ model. Theoretical model is used to investigate the combustion characteristics of certain energetic materials before running Hydrocode by pre-determination of unknown parameter, b. When b=0.8, the behavior of HANFO gunpowder is in the form of concave-up and ANFO explosives has the concave-down form in case of b=1.5. The analytical model provides efficient and highly accurate results rather than previous method which simulated the unconfined-rate-stick via the numerical means.

팰릿 포장된 고폭탄의 연쇄폭발 현상에 관한 연구

김보훈(Bohoon Kim),김민성(Minsung Kim),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

본 연구에서는 8발 팰릿 포장된 155 ㎜ 고폭탄의 동조폭발 현상을 해석하기 위하여 시험체로부터 각각 15 m 및 20 m 거리에 위치한 게이지로부터 폭발파의 압력을 측정하였다. 2차원 전산해석으로 도출된 폭발파의 도달 시간과 최대압력 및 팽창구간의 파형이 실험적으로 측정된 압력파의 구조와 잘 일치하는 것으로 확인되었다. PBXN-109의 폭굉 모델링이 정밀하게 구성되었음을 검증하는 동시에 AISI 9260 케이스의 파편 생성 패턴에 대한 정보를 획득하였다. The present study focused on sympathetic detonation employing 8 pallet-packaged 155 ㎜ high explosive filled with PBXN-109 using 2D a hydrodynamics and the experiment. The study was performed to compare the pressure profiles measured at 15 m and 20 m probes from the test object in order to verify the detonation modeling of PBXN-109. The measured pressure wave were confirmed to be in good agreement with the numerical results and the fragmentation pattern of AISI 9260 case was deduced.

파이로테크닉 착화기의 CBT 챔버 연소 유동 해석

김보훈(Bohoon Kim),강원규(Wonkyu Kang),장승교(Seung-gyo Jang),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

파이로테크닉 착화기의 CBT(Closed Bomb Test) 챔버 연소 유동을 해석하기 위하여 고폭약의 반응 및 비반응 물질의 압력 감쇠 현상을 연동하여 모사할 수 있는 하이드로다이나믹 해석을 수행하였다. 여폭약(HNS+HMX)/격벽(STS)/수폭약(RDX)/파이로추진제(BKNO3)로 구성된 화약 트레인의 기폭으로 발생하는 연소 유동이 10 cc 체적의 밀폐형 챔버 내부로 유입되었을 때의 압력을 측정함으로써 충격파와 저밀도파의 상호작용에 의한 진동 유동의 물리적 특성을 규명하고자 하였다. 반응 유동장의 폭압과 반응파의 전파를 근거로 시간 특성을 갖고 나타나는 압력 요동(fluctuation)을 검증하고, 특정 진동수로 떨리는 챔버 연소 유동의 주파수 특성을 파악하였다. The hydrodynamic simulation which necessary to accurately reproduce shock-induced detonation is conducted to analyze the reacting flow of a pyrotechnic initiator in closed bomb test chamber. A train configuration consisting of Donor(HNS+HMX)/Bulkhead(STS)/Acceptor(RDX)/Pyro.Propellant(BKNO3) was considered to measure the hydrostatic pressure of reacting flow in 10 cc enclosed chamber for quantifying the physical phenomena of reacting oscillatory flow induced by the shock interferences between detonation and rarefaction waves. The pressure fluctuations observed in the experiment and calculation were investigated to further validate the interaction of detonating pressure and wave propagation for predicting a specific characteristic frequency representing CBT reacting flow.

고에너지 물질의 연소반응 해석을 위한 반응속도식 개발 및 정의에 관한 연구

김보훈(Bohoon Kim),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회지 Vol.16 No.5

총탄 충격이 가해진 반응 시스템의 파괴 거동에 관한 수치적 연구

김보훈(Bohoon Kim),김민성(Minsung Kim),도영대(Youngdae Doh),김창기(Changkee Kim),유지창(Jichang Yoo),여재익(Jai-ick Yoh) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集B Vol.38 No.6

무기체계 개발에서 예상치 못한 고속의 총탄 충격을 받았을 때 반응 시스템의 폭발 반응을 예측하는 것은 안정성 확보를 위하여 매우 중요하다. 본 연구에서는 LX-17(92.5% TATB, 7.5% Kel-F)과 AP기반의 고체 추진제(88% AP, 12% HTPB)가 충전된 반응 시스템에 한계 속도로 충돌하는 총탄 충격을 가했을 경우 발생하는 폭굉 현상 및 파괴 거동을 I&G 모델이 적용된 2차원 하이드로 수치해석을 통해 규명하고자 하였다. 해석 결과, LX-17의 경우 충격-폭굉 천이 현상(SDT)이 주요한 메커니즘으로 작용한 반면 고체 추진제는 상대적으로 안정한 모습을 보였다. 즉, 시스템의 파괴는 내부 압력의 급격한 증가와 격렬한 화학반응을 동반하는 고에너지 물질의 폭굉 현상이 그 원인이며, 폭발등급이 낮은 경우에는 고속 충돌에도 발화되지 않아 커버가 완전 파쇄에 이르지 않는 것으로 관찰되었다. Safety of reactive systems is one of the most important research areas in the field of weapon development. A NoGo response or at least a low-order explosion should be ensured to prevent unexpected accidents when the reactive system is impacted by high-velocity projectile. We investigated the shock-induced detonation of cased reactive systems subject to a normal projectile impact to the cylindrical surface based on two-dimensional hydrodynamic simulations using the I&G chemical rate law. Two types of energetic materials, namely LX-17 and AP-based solid propellant, were considered to compare the dynamic responses of the reactive system when subjected to the threshold impact velocity. It was found that shock-to-detonation transition phenomena occurred in the cased LX-17, whereas no full reaction occurred in the propellant.

다량의 알루미늄 성분을 포함하는 고폭탄의 반응특성 연구

김보훈(Bohoon Kim),박정수(Jungsu Park),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.12

다량의 알루미늄 성분을 포함하는 고폭탄(Al-rich high explosives)은 폭압효과 및 고압환경을 극대화 시킬 목적으로 개발된다. 본 연구에서는 30% 이상의 알루미늄 파우더를 포함하는 RDX(C3H6N6O6)가 고분자 바인더인 HTPB(Hydroxyl-terminated polybutadiene)로 결합된 고폭탄의 반응특성 규명하기 위하여 덕트 형태의 비구속 반응 스틱에 대한 크기효과를 실험적으로 도출하였고, 이를 2차원 오일러리안 수치해석 결과와 함께 비교 분석하였다. 해석 결과에 따르면, 다량의 알루미늄을 함유하는 경우에도 충분히 큰 직경을 갖는 경우 충격-폭굉 천이현상(Shock-to-detonation transition, SDT)이 발생할 수 있으며, 반응 개시항과 폭발 성장항으로 구성된 압력기반의 반응속도식이 적용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 폭굉파의 최대 압력부터 CJ 지점까지의 거리 정보를 통해 반응물이 생성물로 변화하는 화학반응구간에 대한 정보를 획득하였다. A heavily aluminized high explosive is developed for maximizing blast effect and high pressure environment. In this research, we are dealing with an Al-rich high explosive containing more than 30% of aluminum powder RDX and polymer binder(HTPB). The present study aims at analyzing the intrinsic characteristics of detonation reaction of Al-rich high explosive via the unconfined-rate-stick experiment to get the size effect curve in cylindrical charges with direct numerical simulations based on Eulerian 2-D hydrodynamics. We found that the shock to detonation transition is possible in the large diameter charge where the present chemical reaction rate model can be successfully applied. Finally, the reaction zone length where the bulk of the chemical reaction takes place between peak pressure to CJ point is deduced.