The Response Characteristics of the Hydrogen Peroxide Monopropellant Thruster as Injector and Catalyst Grain Size

인젝터 방식 및 촉매 알갱이 크기에 따른 과산화수소 단일추진제 추력기의 응답 특성

  • 안성용 (한국과학기술원 항공우주공학과) ;
  • 박대종 (한국과학기술원 항공우주공학과) ;
  • 정승미 (한국과학기술원 항공우주공학과) ;
  • 권세진 (한국과학기술원 항공우주공학과)
  • Published : 2009.02.28

Abstract

The response characteristics of $H_2O_2$ monopropellant thrusters at a pulse mode were presented in this paper. A catalyst bed was fixed to $MnO_2$/$Al_2O_3$ to investigate the thruster design effect to response time. Three different thrusters (50 N class) having different injectors, ullage volumes, catalyst grain sizes, and reactor volumes were prepared to investigate the response characteristics. As a result, the ignition delay, pressure rising and tail-off time of case 2-2 thruster with 16-20 mesh catalyst size were 14, 108, 94 ms respectively, which were comparable to requirement of response time at commercial hydrazine thrusters.

과산화수소 단일추진제 추력기의 응답성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 촉매베드의 특성을 배제하고 추력기 설계 인자에 따른 응답특성을 살펴보기 위해 $MnO_2$/$Al_2O_3$를 주 촉매로 고정하였다. 세 가지 50 N 급 추력기를 이용하여 인젝터 방식, ullage volume, 촉매 펠렛 크기, 반응기 부피에 따른 응답 속도를 측정하였다. 측정 결과 16-20 mesh 크기 촉매, shower head 인젝터를 사용한 경우 점화지연, 압력 상승 및 하강시간은 각각 14, 108, 94 ms로 상용 하이드라진 추력기 응답성에 근접한 특성을 보였다.

Keywords

References

  1. M. Ventura, G. Garboden, 'A Brief History of Concentrated Hydrogen Peroxide Uses,' 35th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, AIAA 1999-2739
  2. 임하영, 안성용, 권세진, '친환경추진제 '과산화수소'의 특성과 응용,' 한국추진공학회 춘계학술대회, 2006, pp.283-287
  3. 안성용, 권세진, '액체추력기 촉매베드 크기 결정을 위한 실험적 방법,' 한국추진공학회지, 제12권, 제3호, 2008, pp.24-33
  4. 안성용, 권세진, '50 Newton 급 액체 추력기의 촉매 베드 사이징,' 제30회 한국추진공학회 춘계학술대회, 인하대학교, 2008, pp.145-148
  5. Sungyong An, Sejin Kwon, 'Catalyst Bed Sizing of 50 Newton Hydrogen Peroxide Monopropellant Thruster,' 44th AIAA/ ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, AIAA2008-5109, Hartford, USA, 2008
  6. 안성용, 권세진, '활성물질에 따른 고농도 과산화수소의 분해특성,' 한국추진공학회지, 제12권, 제5호, 2008, pp.26-34
  7. Dezhu Xu, Huanghe Yang, Xiunan Zhou, Tao Li, Jing Cong and Tao Zhang, 'An investigation in the catalytic decomposition of hydrogen peroxide for gas generation,' 5th International Hydrogen Peroxide Propulsion Conference, West Lafayette, USA, 2002
  8. Hanjing Tian, Tao Zhang, Xiaoting Sun, Dongbai and Liwu Lin, 'A novel mixed metal oxide catalyst for the decomposition of hydrogen peroxide,' 2nd International Hydrogen Peroxide Propulsion Conference, Purdue University, 1999, pp.199-208
  9. M. K. El-Aiashy, H. S. Mazhar, S. M. Kamal, 'Solid-solid interaction between manganese carbonate and zinc carbonate and the decomposition of H2O2 over mixed zinc-manganese oxide catalysts,' Materials Letters 24, 1995, pp.97-101 https://doi.org/10.1016/0167-577X(95)00070-4
  10. Muhammad A. Hasan, Mohamed I. Zaki, Lata Pasupulety, Kamlesh Kumari, 'Promotion of the hydrogen peroxide decomposition activity of manganese oxide catalysts,' Applied Catalysis A: General 181, 1999, pp.171-179 https://doi.org/10.1016/S0926-860X(98)00430-X
  11. Sungyong An, Sejin Kwon, 'Catalyst Reactor Bed of Hydrogen Peroxide Decomposition for Upper Stage Motion Control,' Asian Joint Conference on Propulsion and Power 2008, Gyeongju, Korea, 2008
  12. Massimo Morbidelli, Asterios Gavriilidis, and Arvind Varma, Catalyst Design - Optimal Distribution of Catalyst in Pellets, Reactors, and Membranes, Cambridge University Press, 2001
  13. 전학제, 서곤, 촉매개론, 제4판, 한림원, 2002
  14. 이균호, 유명종, 김수겸, 장기원, 조성준, '단일추진제용 이리듐 촉매의 연소성능 측정 및 국내개발 현황,' 한국추진학회지, 제10권, 제3호, 2006, pp.109-117
  15. http://www.astronautix.comes