Spray and Combustion Characteristics of High Density Hydrocarbon Fuel

고밀도 탄화수소계 연료의 분무 및 연소특성

  • 임병직 (한국항공우주연구원 연소기팀) ;
  • 문일윤 (한국항공우주연구원 연소기팀) ;
  • 서성현 (한국항공우주연구원 연소기팀) ;
  • 한영민 (한국항공우주연구원 연소기팀) ;
  • 최환석 (한국항공우주연구원 연소기팀)
  • Published : 2006.12.30

Abstract

The use of high-density propellants can provide performance advantages in space launch vehicles by allowing an improved structural ratio due to smaller propellants tanks. The Jet A-1 fuel is currently used in Korean space launch vehicle development and it has lower density than other advanced hydrocarbon fuels such as RP-1 or RG-1. In this paper, the results of hydraulic and combustion tests conducted for the two newly developed densified hydrocarbon fuels are presented and they are compared with the results of Jet A-1. Conclusively, the two densified hydrocarbon fuels presented equivalent or even higher combustion performance compared to the Jet A-1 and the performance difference was found to be more obvious in the injector of external mixing.

우주 발사체에서 고밀도 추진제를 사용함으로써 추진제 저장 탱크의 소형화에 따른 구조비 향상으로 발사체 성능 측면에서 이득을 볼 수 있다. 한국의 우주 발사체 개발에서는 로켓 연료로 발사체 선진국에서 사용하는 탄화수소계 연료인 RP-1이나 RG-1보다 밀도가 낮은 Jet A-1을 연료로 사용한다. 본 논문에서는 탄화수소계 연료 고밀도화의 일환으로 개발된 두 종류의 연료에 대해 수류시험, 연소시험 결과를 제시하고 그 결과를 Jet A-1과 비교하였다. 결론적으로, 두 종류의 고밀도 연료는 Jet A-1과 동등하거나 높은 연소성능을 나타내었으며 외부혼합형 분사기에서 연료 간 성능차이가 더 뚜렷하게 나타났다.

Keywords

References

  1. 정상권, 조남경, "극저온 추진제 고밀도화 연구동향," 우주발사체심포지움, 2004, pp.82-88
  2. Lak, T., Lozano, M., and Tomsik, T., "Advancement in Cryogenic Propulsion System Performance through Propellant Densification," AIAA-96-3123, 1996
  3. Greene, W. and Vaughan, D., "Simulation and Testing of In-Tank Propellant Densification for Launch Vehicles," AIAA-98-3688, 1998
  4. Nguyen, K., Knowles, T., Greene, W., and Tomsik, T., "Propellant Densification for Launch Vehicles: Simulation and Testing," AIAA 2002-4293, 2002
  5. 김종규, 김인태, 임병직, 김승한, 문일윤, 한영민, 설우석, "액체로켓엔진 연소기용 분사기의 분무특성 및 혼합특성에 관한 연구," Proceedings of 3rd NCFE, 2004
  6. 임병직, 정기훈, 길태옥, 윤영빈, "이미지프로세싱 기법을 이용한 고압환경에서의 액적크기 측정", 한국가시화정보학회지, 제1권 2호, 2004, pp.25-31
  7. 서성현, 이광진, 한영민, 조원국, "단일 분사기 연소기 연소시험을 위한 연소기 설계," KARI-REG-TM-2003-019, 2003
  8. S. Seo, K.-J. Lee, Y.-M. Han, S.-H. Kim, J.-G. Kim, I.-Y. Moon, and W.-S. Seol, "Study on Combustion Chambers with Various Injectors," Proceedings of AJCPP 2004, 2004
  9. S. Seo, Y.-M. Han, S.-H. Kim, W.-S. Seol, and S.-Y. Lee, "Combustion Dynamic Behavior of Bi-liquid Double Swril Coaxial Injectors", Proceedings of AJCPP 2005, 2005
  10. Seung-Han Kim et al., "Effects of LOx Post Recess on the Combustion Characteristics for Bi-Swirl Coaxial Injector", 41st JPC 2005-4445, 2005
  11. 임병직, 서성현, 최환석, 최영환, 이석진, 김유, "동축스월분사기에서 와류실 유무 및 노즐길이에 따른 연소특성 변화," 한국추진공학회 추계학술대회, 2005, pp.335-340
  12. 이광진, 서성현, 한영민, 김승한, 조원국, "액체로켓엔진용 동축스월 분사기의 recess 변화에 따른 연소성능연구," Proceedings of 3rd NCFE, 2004
  13. 임병직, 김인태, 서성현, 김승한, 한영민, 최환석, "액체로켓용 분사기에서 탄화수소계 연료에 따른 분무 및 연소특성," 제30회 KOSCO symposium 논문집, 2005, pp.73-78