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고강도 스틸을 적용한 연소기 분사장치의 전자빔 용접 공정 개발 및 물성 평가
박재홍(Jaehong Park),조황래(Hwangrae Cho),이병호(Byungho Rhee),이금오(Keumoh Lee),유철성(Chulsung Ryu),최환석(Hwanseok Choi) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5
액체로켓 엔진용 연소기의 분사장치 재료는 주로 오스테나이트 계열의 스테인레스 강이 사용되고 있다. 특히 UNS S31603은 상용화 되어있으면서 저온 인성이 높아 널리 사용되고 있지만 고추력에 적용하기 위해서는 보다 두꺼운 치수로 설계되어야 한다. 따라서 이와 같은 단점을 해결하기 위해서 높은 비강도를 갖는 고강도 스틸이 요구되고 있다. 본 연구에서는 적합한 비강도를 갖는 고강도 스틸을 준비하여 연소기 제작과정에 있어서 주요 공정 중 하나인 전자빔 용접특성에 대하여 조사하고자 한다. 특히, 한국형 발사체에 적용되는 분사장치의 특정부위의 적합한 용접조건을 찾고자 하였다. Austenite stainless steel is usually used for the combustor mixing head of liquid rocket engine. Especially, UNS S31603 is widely used due to its high cold toughness, but it has to be designed with bigger thickness so as to be applied at high thrust. In order to supplement this defect, it is required to employ high strength steel for higher specific strength. In this research, electron beam welding, one of the main process in manufacturing combustor, is to be investigated with high strength steel which has appropriate specific strength. Welding condition search was focused on specific parts of combustor mixing head which is used for KSLV-Ⅱ.
한국형 발사체 추진기관 공급계용 대형 배관 제작 가능성 확인을 위한 배관 시편 제작 및 성능 평가
박형근(Hyoungkeun Park),조황래(Hwangrae Cho),방정석(Jeongsuk Bang),이병호(Byungho Rhee),조영훈(Yeonghoon Cho),박승용(Seungryong Park),이한주(Hanju Lee) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11
본 연구에서는 다양한 발사체 추진기관 공급계 배관 자재 중 STS 300 계열의 금속보다 강도가 높고 용접성이 우수할 것이라고 판단되는 21-6-9 합금소재를 이용하여 산화제 주배관의 시편을 제작하였다. 제작된 시편은 내압 시험을 수행하여 요구되는 내압 강도를 유지할 수 있는지를 확인하였다. This article deals with the manufacturing and performance evaluation on the specimen pipes which have large size diameter and thin thickness. This specimen is for LOX main pipe of KSLV-II propulsion feeding system. The material of specimen is 21-6-9 alloy. 21-6-9 alloy has higher strength and better weldability rather than STS-300 class pipes. We found that the specimen using 21-6-9 alloy satisfied the requirement by pressurization tests.
장동욱(Dongwuk Jang),조성권(Sungkwon Jo),조황래(Hwangrae Cho),방정석(Jeongseok Bang),권세진(Sejin Kwon) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11
2,500 N급 과산화수소/케로신 이원 추력기의 성능 향상 및 다양한 임무에 적용하기 위하여 재생냉각의 적용가능성을 검토하였다. 1-D 계산을 통해 과산화수소를 냉각제로 하는 경우에 대한 계산을 수행하였다. 설계된 재생냉각 연소기의 노즐 목에서의 열 유속은 18~20 MW/m2 로 예측되었으며, 그에 따른 유로의 너비는 2.5 mm 높이는 0.45 mm로 설계 되었다. 설계된 유로형상을 바탕으로 냉각 유로 내에서의 압력강하를 예측하기 위한 평판형 모델을 제작하여 실험을 진행하였고, 수치해석결과와 비교를 수행하였다. 그 결과, 수치해석과 실험결과와의 최대 오차는 약 13%, 평균 오차는 약 5%로 계산되었다. Applicability of regenerative cooling in 2,500 N-class bipropellant thruster using hydrogen peroxide and kerosene was considered for improvement performance and application in various missions. Calculation was performed by one dimensional approach using hydrogen peroxide as a coolant. In designed regenerative cooling thruster, heat flux at nozzle throat was estimated at 18 ~ 20 MW/m2. Designed cooling channel width and height were 2.5 mm and 0.5 mm, respectively. Based on designed cooling channel configuration, flat plate model was manufactured and tested for estimation of pressure drop in cooling channel, and CFD analysis was compared with the test result. The maximum error between CFD analysis and experimental result was approximately 13% and average error was approximately 5%.
연소기 열차폐 Ni-Cr 도금 적용 현황과 향후 기술 적용 확대 방안
이동영(Dongyoung Lee),손은원(Eunwon Son),김진형(Jinhyung Kim),조황래(Hwangrae Cho),방정석(Jeongsuk Bang),이병호(Byongho Lee),김종규(Jonggyu Kim),유철성(Chulsung Ryu) 한국추진공학회 2021 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5
액체로켓엔진 연소실에 적용되는 ZrO₂, NiCrAlY 기반 세라믹용사코팅은 금속과의 열팽창 계수 차이로 인한 박리 발생과 장시간 연소로 인한 삭마가 발생하는 단점이 있다. 이런 단점을 개선하기 위해 해외 기술 선진국에서 적용하고 있는 금속도금 기술을 다단연소사이클 엔진 기술검증용 연소기에 적용하였으며 열차폐 Ni-Cr 도금공정 및 상향 순환식 유동셀을 적용한 전용 도금조를 개발하고 공정 최적화를 수행하였다. 이후 기술검증용 축소형 연소실에 열차폐 Ni-Cr 도금을 확대 적용하여 연소시험을 통해 성능확인 및 기술의 완성도를 높여가고 있다. 본 연구에서는 고압엔진 연소실에 안정적인 열차폐 Ni-Cr 도금기술 적용을 위해 도금공정을 개선하고, 대형엔진 연소실에 적용 가능한 도금공정 방안을 다루었다. Zirconia, ZrO₂ and NiCrAlY-based ceramic thermal spray coating applied to the combustion chamber of a liquid rocket engine has the disadvantages that delamination due to the difference of thermal expansion coefficients between the metals and ablation due to long-time combustion occur. In order to improve these disadvantages, the metal plating technology, which is being used in overseas technologically advanced countries, was applied to the thrust chamber of technology demonstration model of staged combustion cycle engine. Ni-Cr plating process and a dedicated plating tank applied upward circulation flow cell were developed and process optimization was performed. After that, the thermal barrier Ni-Cr plating was applied to the small scale combustion chamber for technology verification. The performance was confirmed by a combustion test, and technology readiness level(TRL) is being increased. This study aims to improve the plating process to apply a stable thermal barrier Ni-Cr plating technology to the combustion chamber of a high-pressure engine and to deal with the plating process method applicable to the combustion chamber of a large scale engine.
소윤석(Younseok So),우성필(Seongphil Woo),이광진(Kwangjin Lee),유병일(Byungil Yoo),김진형(Jinhyung Kim),조황래(Hwangrae Cho),방정석(Jeongsuk Bang),한영민(Yeoungmin Han) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12
본 논문에서는 9톤급 다단연소사이클 엔진용 산화제 과잉 예연소기 분사기 설계 및 수류시험 결과에 대해 기술하고자 한다. 총 3 종류의 동축 와류 분사기를 설계하고 각 종류마다 12개의 분사기를 제작하였다. 연료 접선홀 직경은 모두 동일하며, 산화제와 연료가 연소되어 발생하는 기체 산화제와 냉각 채널에서 배출되는 액체 산화제 모멘텀의 비에 따라 산화제 과잉 예연소기 분사기의 연소에 어떠한 영향이 있는지를 연구하기 위해 산화제 접선홀의 직경을 다르게 제작하였다. 추후에 산화제 과잉 예연소기를 이용한 파워팩과 연소시험을 통해 검증될 예정이다. 수류시험 결과, 연료 유량은 설계차압을 기준으로 목표값에 도달하였지만, 산화제 유량은 설계 차압을 기준으로 목표값을 넘어서는 결과를 보였다. This paper is described for results of cold flow test and design of injectors for oxidizer-rich preburner applied with 9tonf-class staged combustion engine cycle. The 3 types of coaxial swirl injectors are designed and manufactured. The diameters of fuel tangential hole are same with 0.7 mm. The diameters of oxidizer tangential hole are difference because of momentum ratio which is Gox oxidizer momentum occurred by combustion from mixing of fuel and oxidizer in the injector chamber and Lox oxidizer momentum from cooling channel. It will be confirmed by the powerpack and combustion test of oxidizer rich preburner in later. The results of cold flow test, the fuel flowrate is proper for differential pressure at design point but the oxidizer flowrate is over for differential pressure at design point.