Thermochemical Performance Analysis of Hydrazine Arc Thruster

하이드라진 아크 추력기의 열화학적 성능해석

The computational fluid dynamic analysis has been conducted for the thermo-chemical flow field in an arcjet thruster with mono-propellant hydrazine ($N_{2}H_4$) as a working fluid. Coupled Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and Maxwell equations were used to account for the Ohm heating and Lorentz forces. Hydrazine chemistry and thermal radiation were also incorporated to the fluid dynamic equations by assuming infinitely-fast reactions and optically thick media. In addition to the thermo-physical understandings of the flow field inside the arcjet thruster, results shows that performance indices are improved by amount of $20\%$ in thrust and $200\%$ in specific impulse with the 0.6kW are heating.

하이드라진을 추진제로 쓰는 아크젯 추력기 내의 열화학적 유동장을 전산유체를 이용해 해석하였다. Ohm가열 및 Lorentz힘을 고려하기 위하여 Maxwell 방정식과 연계된 RANS 방정식을 이용하였으며, 매우 빠른 반응 및 광학적으로 두꺼운 매질을 가정하여 하이드라진의 화학 반응과 열복사를 해석에 포함하였다. 아크젯 추력기 내부 유동의 열-물리적 이해와 더불어, 해석의 결과는 0.6 kW의 가열에 의하여 성능지표인 추력과 비추력이 각각 $20\%와 200\%$가 향상됨을 보여준다.