고체 추진기관 노즐목 이탈 현상 연구

진정근(Jungkun Jin),이도형(Dohyung Lee),이형식(Hyoung-Sik Lee) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.5

고체 로켓 모타의 노즐목은 연소실 압력, 연소시간, 추력을 결정하는 성능 핵심 요소이다. 연소 중 노즐목 이탈은 추진기관의 비정상 거동을 야기하고 추진기관의 임무 실패 혹은 파손의 원인이 될 수 있다. 본 논문에서는 실제 연소시험에서 발생한 노즐목 이탈 현상을 소개하고 원인 분석을 통한 이탈방지 설계를 제안하였으며 설계 변경을 적용한 추진기관 시험을 통하여 이탈 방지 설계의 건전성을 확인하였다. A nozzle throat of the solid rocket motor is one of the key components which determines combustion chamber pressure, operating time and thrust level. The nozzle ejection phenomenon will induce abnormal operation of the rocket motor which results mission failure of the propulsion system. In this study, the nozzle ejecting phenomenon which was observed in the static firing test of the solid rocket motor is introduced. Through the analysis of the test results, the modified nozzle throat geometry was suggested to avoid the nozzle ejection phenomenon and it was verified by the static firing test.

N<SUB>2</SUB>O 단일 추진제 추력기 개발을 위한 촉매 분해 시험

진정근(Jungkun Jin),Assylkhan Kosdaulefov,안성용(Sungyong An),권세진(Sejin Kwon) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

친환경 추진제인 N2O 단일추진제 추력기 개발을 위하여 N2O 촉매 분해 시험을 수행하였다. 백금(Pt), 이리듐(Ir)을 알루미나 펠렛에 코팅한 촉매를 삽입하여 압력을 달리하고 분해 반응이 시작되는 최저 예열 온도를 측정하였다. 실험 결과 Ir이 N2O 분해 반응에 더 적합하며 최저 요구 예열 온도도 낮게 나타났다. 또한 요구 예열 온도는 챔버 압력이 증가함에 따라 감소하였다. 그러나 지속적인 분해 반응시험을 통해 Ir의 산화 반응에 의한 반응성 저하 현상이 나타남을 실험적으로 확인하였다. Catalytic decomposition of nitrous oxide was investigated experimentally. Two noble metal catalyst(Pt, Ir) were chosen to decompose nitrous oxide. Each catalyst was tested with different chamber pressure and preheating temperature. Ir decomposed N2O at lower temperature (230℃) and suitable for N2O decomposition. In addition, the minimum required preheating temperature decreased as the chamber pressure increased. However, deactivation of Ir catalyst was observed during the experiments.

유기 랜킨 사이클을 이용한 선박 주기관 폐열 회수 시스템의 열역학적 분석

진정근(Jungkun Jin),이호기(Hoki Lee),박건일(Gunil Park),최재웅(Jaewoong Choi) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.10

A thermodynamic analysis and feasibility study of Organic Rankine Cycle (ORC) were carried out as a waste heat recovery system for a marine diesel engine. ORC and its combined cycle with the engine were simulated and its performance was estimated theoretically under the various engine operation conditions and cooling water conditions using R245fa as working fluid. According to the thermodynamic analysis, ~10% of thermodynamic efficiency of the cycle was able to be realized with the low temperature heat source below 250℃. The electric power output of the ORC was estimated to be about 4% of the mechanical power output of the engine considering additional pumps for cooling water and circulation of the heat transfer medium.

큰 초기 연소면적을 가지는 고체 모타의 침식 연소 및 연소 불안정

진정근(Jungkun Jin),차홍석(Hong-seok Cha),이도형(Dohyung Lee) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

초기 추력을 증가시키기 위하여 넓은 초기 연소 면적을 가지는 고체 로켓 모타를 설계하고 지상연소시험을 수행하였다. 그 결과 연소 거리에 따른 연소 면적 변화를 고려한 내탄도 성능 예측에 비하여 초기 압력과 추력이 낮게 측정되었다. 연소실 내부 유속과 연소 거리에 따른 연소 속도 변화를 검토한 결과 압력에 의하여 결정되는 연소 속도 대비 연소 속도가 감소하는 negative erosive burning이 발생함을 확인하였다. 또한 8개의 대칭형 fin 형상을 적용하여 radial mode의 연소 불안정이 발생함을 확인하였으며 fin의 배치를 변경하여 대칭성을 제거함에 따라 연소 불안정이 억제되었음을 확인하였다. In order to obtain high thrust at the beginning of the flight, the solid rocket motor with large initial burning surface area was designed and tested. From the static firing test, lower initial thrust was obtained compared with the expected thrust based on the internal ballistic prediction due to the negative erosive burning effect which reduced the burning rate estimated by APN Law. In addition, the radial mode combustion instability was observed with 8 fins grain configuration. This instability was removed after the odd number of fins were used.

주유동 기체의 물리적 특성이 환형 분사 초음속 이젝터의 성능에 미치는 영향

진정근(Jungkun Jin),김세훈(Sehoon Kim),박근홍(Geunhong Park),권세진(Sejin Kwon) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.12

주유동 기체의 물리적 특성이 초음속 이젝터 성능에 미치는 영향에 관한 연구를 수행하였다. 기체의 분자량과 정압 비열 변화에 따른 성능 변화에 관한 연구는 축대칭 환형분사 초음속 이젝터를 사용하였다. 주유동 기체로는 공기, CO₂, Ar, C₃H?, and CCl₂F₂를 사용하였다. 주유동 기체의 분자량과 정압 비열이 증가함에 따라 일정 주유동 압력에 대한 부유동 압력은 증가하였고 이러한 경향은 몰비열이나 비열비의 형태로 통합되어 확인되었다. The effects of the physical properties of primary flow on the performance of a supersonic ejector were investigated. Axisymmetric annular injection type supersonic ejector was used for the study of the effects of molecular weight and the specific heat at constant pressure on the ejection performance. Test gases include; air, CO₂, Ar, C₃H?, and CCl₂F₂ for different values of gas properties. As the molecular weight and Cp of the primary gas increase, the secondary flow pressure increases at the same primary stagnation pressure and this behavior results from the combined effects of molar specific heat or specific heat ratio.

핀틀-노즐이 적용된 고체추진기관의 성능 분석

진정근(Jungkun Jin),하동성(Dong Sung Ha),기태석(Taesoek Ki) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

핀틀 노즐 기술을 적용한 고체 추진기관의 지상 연소시험을 수행하였다. 고정된 핀틀에 대하여 연소시험을 수행한 결과 핀틀 팽창에 의한 압력 증가현상이 나타남을 확인하였으며 압력 측정 결과로부터 예측한 팽창량을 적용하면 핀틀 구동 시에도 압력 결과를 잘 예측할 수 있음을 확인하였다. 핀틀 구동 시 핀틀 기밀부의 열팽창에 따른 마찰력 증가에 의한 핀틀의 비정상 거동이 확인되었으며 기밀부 수정을 통하여 이러한 현상을 해결할 수 있음을 실험적으로 확인하였다. 또한 추진기관 내부에 위치한 중공을 통과하는 유량에 따라 중공 삭마 현상이 심해져 중공의 손실이 발생함을 확인하였다. Ground firing test of solid rocket motor with pintle-technology was carried out. using two different pintle-nozzles. The effects of thermal expansion of the pintle on the measured pressure and thrust were observed with fixed pintle stroke. Unstable actuation of pintle was observed through the ground firing test with actuator due to increase in friction force induced by the radial thermal expansion of pintle. This unexpected unstable actuation was removed by modifying pintle sealing part. In addition, it was observed that erosion of the central tube which was inserted to supply combustion gas to the pintle-nozzle attached on the back-side dome of the combustion chamber, was able to be enhanced due to the increase in mass flow rate passing through the central tube at a certain pintle stroke combination.

유기 랜킨 사이클을 이용한 선박 주기관 폐열 회수 시스템의 열역학적 분석

진정근(Jungkun Jin),이호기(Hoki Lee),박건일(Gunil Park),최재웅(Jaewoong Choi) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集B Vol.36 No.7

유기 랜킨 사이클(ORC)을 이용한 선박 주기관 폐열 회수 시스템의 열역학적 분석을 수행하고 적용 가능성 및 효과를 검토하였다. 이론 해석에서는 ORC 와 ORC 에 열을 전달하기 위한 열전달 루프, 냉각수 공급 펌프를 모두 고려하여 전체 효율을 예측하였다. ORC 사이클의 성능은 증발기와 응축기의 특성과 열전달 루프의 온도 조건을 달리하여 평가되었으며 그 특성을 사이클 효율과 시스템 효율 관점에서 비교하였다. 수에즈막스 유조선에 대하여 ORC 사이클은 250℃ 이하의 폐열 조건에 대하여 약 10%정도의 열효율을 보였다. ORC 이용하여 엔진 폐열로부터 주기관 출력의 3~4%에 해당하는 전력을 생산할 수 있으며 수에즈막스 유조선에 적용 시, 정상 운항시 필요한 전력의 59~69%를 ORC 생산 전력으로 대체하여 운항 중 연료 소모량을 절감시킬 수 있는 것으로 나타났다. A thermodynamic analysis and a feasibility study on the organic Rankine cycle (ORC) as a waste heat recovery system for a marine diesel engine were carried out. The ORC and its combined cycle with the engine were simulated, and its performance was estimated theoretically using R245fa. A parametric study on the performance of the ORC system was carried out under different temperature conditions of the heat transfer loop and specification of the heat exchanger. According to the thermodynamic analysis, ~10% of the thermal efficiency of the cycle was able to be realized with the low temperature heat source below 250°C. The electric power output of the ORC was estimated to be about 4% of the mechanical power output of the engine, considering additional pumps for cooling water and circulation of the heat transfer medium. According to the present study, the electric power generated by the ORC is about 59%?69% of the required power, and it is possible to reduce the fuel consumption under normal seagoing conditions.

촉매 연소기와 열전 소자를 이용한 전력 생산

진정근(Jungkun Jin),권세진(Sejin Kwon) 한국연소학회 2008 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.- No.-

A small scale power generation system was investigated by integrating a catalytic combustor with a thermoelectric generator. As a fuel, H₂ was used in the experiment. The system was tested with various heat sinks and it was found that the efficiency of the system is strongly affected by the heat sink attached on the cold side of thermoelectric generator. The effects of the flow rates and the equivalence ratio were also studied experimentally. In addition, the influence of the external load resistance was investigated using an electric load. The output power was maximized when the external load resistance was equal to the internal resistance of thermoelectric generator. In this study, 1.4% of maximum thermal efficiency was obtained with 1.1W of maximum power.

감광유리를 이용한 MEMS 촉매 연소기의 제작 및 성능 평가

진정근(Jungkun Jin),권세진(Sejin Kwon) 대한기계학회 2009 大韓機械學會論文集A Vol.33 No.3

MEMS catalytic combustors were fabricated to use in micro-power sources as a heat source. The combustor was fabricated by photolithography and anisotropic wet etching of photosensitive glass wafers. Two different catalyst loading methods were used to complete the fabrication of the combustors. For thin film type, the Al₂O₃ was washcoated on the surface of the combustion chamber as a catalyst support, and for packed-bed type, ceramic foam was inserted after Pt was coated. The volume of the combustors was 1.8 ㎤ and 16W of heat was generated using the fabricated combustors with hydrogen. The energy density of combustor was about 8.9 W/㎤.

핀틀-노즐이 적용된 고체추진기관의 연소 시험 성능 분석

진정근(Jungkun Jin),하동성(Dong Sung Ha),오석진(Seokjin Oh) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회지 Vol.18 No.5