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대부분의 항공기는 이/착륙시 점진적으로 가속/감속되는 유동장에 놓이게 된다. 그러나 이런 유동장에 발생하는 익형 공기역학은 상세히 조사되어 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 수치해석을 이용하여 가속/감속 유동장하에 놓인 익형의 공력특성을 조사하였다. 본 연구에서 얻어진 계산결과는 점진적으로 가속/감속하는 아음속 유동장에 놓인 익형의 항양비와 같은 공력특성을 예측하는데 사용되었다.

KSR-III 축소형 엔진을 원형으로 하는 8채널형 칼로리미터의 냉각성능해석을 수행하였다. 축대칭 압축성 해석에 의한 연소실 벽으로의 열유속을 이용하여 3차원 냉각유로 내부의 열전달 해석을 수행하였다. 연소실벽으로의 열유속은 문헌에서 제시하는 수준으로 확인되었으며 열전달 해석을 통하여 칼로리미터 개발과 운용에 필요한 냉각수의 압력강하, 냉각수 온도상승 및 연소실벽의 최고온도를 제시하였다.

The present study addresses an experimental investigations of the near field flow structures of supersonic, dual, coaxial, swirl jet. The swirl stream is discharged from the secondary annular nozzle and the primary inner nozzle provides the sonic and supersonic free jets. The interactions between the secondary swirl and inner soni $c^ersonic jets are quantified by a fine pilot impact and static pressure measurements and are visualized by using a shadowgraph optical method. The pressure ratios of the secondary swirl and primary soni $c^ersonic jets are varied below 7.0. Experiments are conducted to investigate the effects of the secondary swirl stream on the primary sonic and supersonic jets, compared with the secondary stream of no swirl. The results show that the presence of annular swirl stream causes the Mach disk to move more downstream, with the increased diameter, and remarkably reduces the fluctuations of the impact pressures in the supersonic dual coaxial jet, compared with the case of the secondary annular stream of no swirl.swirl.

이젝터-디퓨저 시스템은 일종의 유체기계로서, 저압부의 유체를 혼입하여 고압부로 이송한다. 기존의 이젝터-디퓨저 시스템은 유체의 순수한 전단력만을 이용하므로 다른 유체기계에 비하여 효율이 낮은 단점이 있다. 본 연구에서는 이젝터-디퓨저 시스템의 효율을 높이기 위하여, 설계마하수가 M$_{d}$=1.7이고 로브의 개수가 각각 4, 6, 8개인 페탈노즐을 구동노즐로 사용하였고, 원형구동노즐을 사용한 이젝터-디퓨저 시스템의 결과와 비교하였다.

2차 유동을 이용한 추력제어법은 추진노즐 벽면에 설치된 injection hole을 통해 유동을 초음속유동장으로 분산하여 추력을 제어하는 방법으로, 최근 추진시스템의 응용에서 많은 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 수치해석 방법을 이용하여 SITVC 유동장을 상세히 연구한다. 수치계산에는 3차원, 압축성 Navier-Stokes방정식이 적용되었으며, 그 결과는 이전의 유용한 실험결과와 비교한다. 본 수치해석 결과로부터 2차 유동의 유입에 의해 야기되는 충격파와 추진노즐로부터 방출된 제트구조를 상세하게 가시화한다.

평판 표면에 충돌하는 축대칭, 과소팽창 제트에 대한 실험적 연구가 수행되어졌는데, 노즐 평판간 거리가 작은 경우에 있어서 평판상의 표면압력, 단열벽온도가 상세하게 측정되어졌다. 압력비와 노즐 평판간 거리가 실험 변수로 고려되었다.

Mechanism of a periodic oscillation of shock-induced combustion over a two- dimensional wedges and axi-symmetric cones were investigated through a series of numerical simulations at off-attaching condition of oblique detonation waves(ODW). A same computational domain over 40 degree half-angle was considered for two-dimensional and axi-symmetric shock-induced combustion phenomena. For two-dimensional shock-induced combustion, a 2H2+02+17N2 mixture was considered at Mach number was 5.85with initial temperature 292 K and initial pressureof 12 KPa. The Rankine-Hugoniot relation has solution of attached waves at this condition. For axi-symmetric shock-induced combustion, a H2+2O2+2Ar mixture was considered at Mach number was 5.0 with initial temperature 288 K and initial pressure of 200 mmHg. The flow conditions were based on the conditions of similar experiments and numerical studies.[1, 3]Numerical simulation was carried out with a compressible fluid dynamics code with a detailed hydrogen-oxygen combustion mechanism.[4, 5] A series of calculations were carried out by changing the fluid dynamic time scale. The length wedge is varied as a simplest way of changing the fluid dynamic time scale. Result reveals that there is a chemical kinetic limit of the detached overdriven detonation wave, in addition to the theoretical limit predicted by Rankine-Hugoniot theory with equilibrium chemistry. At the off-attaching condition of ODW the shock and reaction waves still attach at a wedge as a periodically oscillating oblique shock-induced combustion, if the Rankine-Hugoniot limit of detachment isbut the chemical kinetic limit is not.Mechanism of the periodic oscillation is considered as interactions between shock and reaction waves coupled with chemical kinetic effects. There were various regimes of the periodicmotion depending on the fluid dynamic time scales. The difference between the two-dimensional and axi-symmetric simulations were distinct because the flow path is parallel and uniform behind the oblique shock waves, but is not behind the conical shock waves. The shock-induced combustion behind the conical shockwaves showed much more violent and irregular characteristics.From the investigation of characteristic chemical time, condition of the periodic instability is identified as follows; at the detaching condition of Rankine-Hugoniot theory, (1) flow residence time is smaller than the chemical characteristic time, behind the detached shock wave with heat addition, (2) flow residence time should be greater than the chemical characteristic time, behind an oblique shock wave without heat addition.

The thrust vector control using a fluidic counterflow concept is achieved by applying a vacuum to a slot adjacent to a primary jet which is shrouded by a suction collar. The vacuum produces a secondary reverse flowing stream near the primary. The shear layers between the two counterflowing streams mix and entrain mass from the surrounding fluid. The presence of the collar inhibits mass entrainment and the flow m the collar accelerates causing a drop in pressure on the collar. For the vacuum asymmetrically applied to one side of the nozzle, the jet will vector toward the low-pressure region. The present study is performed to investigate the effectiveness of thrust vector control using the fluidic counterflow concept. A computational work is carried out using the two-dimensional, compressible Navier-Stokes equations, with several kinds of turbulence models. The computational results are compared with the previous experimental ones. It is found that the present fluidic counterflow concept is a viable method to vector the thrust of a propulsion system.

현재까지 초음속 제트에 관한 많은 연구들이 수행되어져 왔지만, 초음속 제트의 3차원 구조에 관해서는 상세히 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 수치해석을 통하여 초음속 제트의 3차원 구조를 상세히 연구한다. 수치계산에서는 TVD법을 비정상, 3차원, 압축성 오일러 방정식에 적용하였으며, 얻어진 수치해석 결과를 이용하여, 초음속 제트의 유동장을 가시화 하였다. 본 수치해석 결과로부터 초음속 제트의 3차원 구조는 2차원적 구조와 매우 다르며, 압력비에 크게 의존한다는 것을 알았다.

plume 간섭 현상은 plume에 의한 경계층 유동의 박리, 강한 전단층 발생, 그리고 다수의 충격파들이 박리유동 및 전단층과 상호작용하게 되는 매우 복잡한 유동현상이며, 현재 미사일 등의 후미부에서 발생하는 plume 간섭 현상의 상세에 관해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 plume 간섭현상을 이해하기 위하여 수치계산을 수행하였다. 수치계산에서는 천음속 및 초음속 자유유동에서 plume 간섭현상을 조사하기 위하여, 추진노즐로부터 발생하는 강한 부족 팽창제트를 모사하여 종래의 풍동실험의 결과와 비교하였다. 또 수치계산에서는 미사일 후미부에 Simple, Rounded, 다공-확장(porous-extension)벽을 적용하여, 이들이 plume 간섭현상에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 Rounded, 다공-확장(porous-extension)벽은 plume에 의한 충격파와 경계층 유동의 박리 현상을 완화시킬 수 있었으며, 미사일 동체의 제어성능을 향상시킬 수 있음을 알았다.

In this study, the geometric design parameters of ejector system were investigated. The critical parameters were primary nozzle area ratio, 2nd-throat cross sectional area and 2nd-throat L/D ratio. At every geometry cases, primary pressure and secondary pressure were measured simultaneously according to secondary mass flow rate. From the results, the ejector starting pressure, unstarting pressure and minimum secondary flow pressure were found and we got the effect of geometric parameters to ejector performance and the way to optimal design of ejector system for chemical lasers operating. Also the experiments of changing secondary flow temperature were carried out.

로켓추진기관의 발사초기 자세제어와 조정 안정성의 확보를 위해 로켓노즐 출구부에 장착되어지는 제트베인(jet vane)은 작은 설치 공간 및 빠른 응답성 등과 같은 장점과 함께 엔진 연소실에서 발생한 고온고속의 연소가스에 직접 노출되어 삭마(ablation)되는 단점 또한 안고 있다. 본 연구는 제트베인의 삭마해석을 위한 기초연구로서 균일 초음속 유동장내에 위치한 단일 제트베인으로의 열전달 특성 해석을 수행하여 보았다.

액체 램제트의 연소 현상을 연구하기 위한 소형 직접 연결식 시험 장치에 대한 개념 설계 방법을 기술하였다. 본 시험 장치를 이용하여 수 차례의 시험 결과 시험장치가 정상적으로 작동됨을 확인하였다. 측정된 연소실 압력 데이터에서 약190Hz대의 특정 주파수가 계측되었으며, 이는 연소실의 1L 음향 주파수(1200Hz)와는 차이가 큰 것이다. 불안정 모드를 야기하는 원인으로 dump combustor에서 발생되는 흡입 공기의 vortex street, 쵸크 되지 않은 긴 흡입관에서 발생되는 흡입구의 resonance, 관측창으로 인해 변형된 연소실 형상 등이 그 원인으로 판단된다.

The propagation characteristics of the impulse wave discharged from the exit of a perforated pipe is investigated through a simple shock tube facility. The pressure histories and directivities of the impulse wave propagating outside from the exit of pipe with several different configurations are analyzed for the range of the incident weak shock wave Mach number between 1.02 and 1.2. In the shock tube experiments, the impulse wave are visualized by a Schlieren optical system for the purpose of understanding its propagation characteristics. The experimental results show that for the near sound field the impulse noise strongly propagates toward to the pipe axis, but for the far sound field the impulse noise uniformly propagates toward to the omnidirections, indicating that the directivity pattern is almost same regardless of the pipe type. Especially, it is shown that the perforated pipe has a little performance to reduce the impulse noise only for the near sound field

본 연구에서는 인젝터 형상에 따른 캐비테이션과 같은 유동 현상이 수직 분사된 액체 제트의 분열에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 오리피스의 지름과 길이대 지름비(L/d) 및 입구의 형상이 다른 인젝터에서 압력을 변화시켜가며 내부 유동 변화를 살피고 수직분사 시 액주의 분열 거리와 궤적을 구하여 기존의 연구 결과와 비교하고 분석하였다. 실험 결과 곡률이 없는 경우(sharp edged)의 오리피스에서는 어느 정도 이상의 압력에서 모두 캐비테이션이 발생하였고 곡률이 없는 경우 중 길이대 지름비가 작은 오리피스에선 더 높은 압력에서 캐비테이션 성장에 의한 수력튀김(hydraulic flip)현상도 관찰할 수 있었다. 수직분사 시 곡률이 있는 경우와 없는 경우 모두 동일한 모멘텀 플럭스 비(q)에 대해 거의 같은 궤적 형상을 보였으나 캐비테이션이 일어날 경우 교란에 의해 액주의 분열 거리는 감소하였고 수력튀김 또한 제트 단면적의 감소 및 제트의 확산으로 분열거리가 감소하였다.

주요 우주 발사체 보유 국가에서 1957년부터 1999년 사이에 발사된 우주 발사체의 성공 및 실패 이력에 대해 베이즈 분석기법을 적용하여 각국의 발사체에 대한 신뢰도를 분석하였다. 베이즈 분석기법에서 사전분포함수로는 베타함수를 사용하였으며, 미래의 발사체 성공률을 표현하는 사후분포함수는 년도별 누적된 발사 이력을 반영한 베타 사전함수를 이용하여 년도마다 발사체 신뢰도를 평가하는 경우와 첫 발사부터 1999년까지의 발사 성공률에 대한 평균과 분산을 반영할 베타 사전함수를 이용하여 년도별 발사체 신뢰도를 구하는 경우로 나누어 구하였다. 발사 이력이 많은 국가의 경우에는 베이즈 분석기법으로 구한 성공률과 산술적으로 구한 성공률은 거의 동일하였으나, 발사 이력이 적은 국가에서는 비교적 큰 차이를 나타내었다 따라서 발사 이력이 적은 경우에는 산술적 평균에 의한 성공률보다는 베이즈 기법을 이용한 향후 발사체의 발사 성공률 분석이 우주 발사체의 신뢰도를 평가하는데 적합하다는 것을 알 수 있었다.

화학레이저는 혼합현상을 이용하는 확산형태의 화학반응을 이용하게 된다. 따라서, 화학레이저 공동 내에서 산화제(F)와 연료(D$_2$)가 기저부에 의해서 분리되어 유입된다. 초음속 연소현상에서 혼합 및 연소특성에 큰 영향을 주는 기저부의 화학레이저 시스템에서의 분포역전현상에 초점을 맞추어 기저부의 크기를 0.4mm, 0.8mm, 1.6mm로 변화시켜가면서 수치해석을 수행하였다. 결과로서 분포역전현상이 두드러지게 기저부의 크기가 커짐에 따라서 넓은 영역에서 발생하게된다.

압축성 유동장의 주된 특징은 유동장의 형성과정에 의존한다는 것은 잘 알려져 있다. 본 연구의 목적은 비평형 응축을 수반하는 초음속 제트유동장의 발달에 미치는 제트의 시간이력을 조사하는 것이다. 특히 초음속 습공기 제트에서 마하디스크 직경과 위치의 거동이 노즐압력비와 초기 상대습도의 항으로 소개된다. 대기흡입식 풍동설비에 장착된 노즐의 출구에서 부족팽창된 습공기 제트를 얻기 위해 노즐의 압력비와 초기상대습도를 변화시켰다. 마하디스크의 직경은 동일한 압력비에서 상대습도가 증가함에 따라 증가하지만, 그 위치는 상류로 이동하는 것으로 나타났다. 또한 노즐의 작동압력비가 증가하는 경우의 마하디스크 직경과 발생위치가 감소하는 경우보다 더 크다.

A comprehensive numerical study is carried out to investigate for the understanding of the flow evolution and flame development in a supersonic combustor with normal injection of ncumally injecting hydrogen in airsupersonic flows. The formulation treats the complete conservation equations of mass, momentum, energy, and species concentration for a multi-component chemically reacting system. For the numerical simulation of supersonic combustion, multi-species Navier-Stokes equations and detailed chemistry of H2-Air is considered. It also accommodates a finite-rate chemical kinetics mechanism of hydrogen-air combustion GRI-Mech. 2.11[1], which consists of nine species and twenty-five reaction steps. Turbulence closure is achieved by means of a k-two-equation model (2). The governing equations are spatially discretized using a finite-volume approach, and temporally integrated by means of a second-order accurate implicit scheme (3-5).The supersonic combustor consists of a flat channel of 10 cm height and a fuel-injection slit of 0.1 cm width located at 10 cm downstream of the inlet. A cavity of 5 cm height and 20 cm width is installed at 15 cm downstream of the injection slit. A total of 936160 grids are used for the main-combustor flow passage, and 159161 grids for the cavity. The grids are clustered in the flow direction near the fuel injector and cavity, as well as in the vertical direction near the bottom wall. The no-slip and adiabatic conditions are assumed throughout the entire wall boundary. As a specific example, the inflow Mach number is assumed to be 3, and the temperature and pressure are 600 K and 0.1 MPa, respectively. Gaseous hydrogen at a temperature of 151.5 K is injected normal to the wall from a choked injector.A series of calculations were carried out by varying the fuel injection pressure from 0.5 to 1.5MPa. This amounts to changing the fuel mass flow rate or the overall equivalence ratio for different operating regimes. Figure 1 shows the instantaneous temperature fields in the supersonic combustor at four different conditions. The dark blue region represents the hot burned gases. At the fuel injection pressure of 0.5 MPa, the flame is stably anchored, but the flow field exhibits a high-amplitude oscillation. At the fuel injection pressure of 1.0 MPa, the Mach reflection occurs ahead of the injector. The interaction between the incoming air and the injection flow becomes much more complex, and the fuel/air mixing is strongly enhanced. The Mach reflection oscillates and results in a strong fluctuation in the combustor wall pressure. At the fuel injection pressure of 1.5MPa, the flow inside the combustor becomes nearly choked and the Mach reflection is displaced forward. The leading shock wave moves slowly toward the inlet, and eventually causes the combustor-upstart due to the thermal choking. The cavity appears to play a secondary role in driving the flow unsteadiness, in spite of its influence on the fuel/air mixing and flame evolution. Further investigation is necessary on this issue. The present study features detailed resolution of the flow and flame dynamics in the combustor, which was not typically available in most of the previous works. In particular, the oscillatory flow characteristics are captured at a scale sufficient to identify the underlying physical mechanisms. Much of the flow unsteadiness is not related to the cavity, but rather to the intrinsic unsteadiness in the flowfield, as also shown experimentally by Ben-Yakar et al. [6], The interactions between the unsteady flow and flame evolution may cause a large excursion of flow oscillation. The work appears to be the first of its kind in the numerical study of combustion oscillations in a supersonic combustor, although a similar phenomenon was previously reported experimentally. A more comprehensive discussion will be given in the final paper presented at the colloquium.

램젯 공기 흡입구에 연소실의 압력파 섭동이 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 연소실의 압력파 섭동은 500Hz의 주파수를 가지며, 출구 배압의 20%의 진폭으로 가정하였다. 계산결과는 흡입구 내에서 섭동압력에 의한 수직충격파의 거동의 특성을 보여주었으며, 섭동압력과 목부분의 수직 충격파는 약180도의 위상차를 가지고 있었다. 이러한 해석 결과로부터 하류 섭동파와 흡입구 유입 유량의 상관관계를 살펴보았다. 충격파가 카울 앞으로 이동된 상태에서는 아임계상태가 되며, 설계유량보다 작아졌고, 매 주기 하류 섭동이 시작되는 시점에서 급격한 유량 감소를 볼 수 있었다.

본 연구는 극초음속으로 비행하는 탄도발사체의 선두부분의 유동현상에 대해 기술하였다. 호주국립대학의 자유 피스톤 충격파 관 T3을 이용하여 수행한 Hyperbolic 선두형상의 실험 모델에 대해 이를 수치적으로 해석하였다 98%의 $N_2$와 2%의 $O_2$의 유동조건에 대해 전엔탈피 8MJ/kg에서의 실험결과를 수치결과와 비교를 하고, 2-temperature 모델링을 적용하여 1-temperature 모델링과의 차이를 확인하였다.

가스터빈 시험장치의 실험 데이터로부터 얻어진 일부 성능 데이터를 이용하여 구성품 성능선도 (component characteristic)를 축척(scaling)하는 새로운 방법을 제안하였다. 성능해석의 오차를 최소화하기 위하여 실제 실험 데이터로부터 몇 개의 작동점들에 일치하는 일련의 구성품 성능선도들을 구하고 다항식(polynomial)을 이용하여 새롭게 성능선도를 구성하는 축척방법을 제안하였으며, 이때 얻어진 성능선도를 이용하여 탈설계점 성능해석을 수행하였다. 해석 결과 기존의 축척방법으로 얻어진 성능선도를 이용한 경우 설계점을 제외한 대부분의 탈설계점에서의 성능은 실제 엔진 성능과 잘 일치하지 않았다. 그러나 새로운 축척방법에 의해 얻어진 성능선도를 이용한 경우에는 최대 5％ 이내의 오차율을 보였다.

본 연구에서는 GUI환경을 제공하는 SIMULINK를 이용한 터보제트 엔진의 성능모사 프로그램을 새로이 제안하였다. SIMULINK 성능모사 프로그램에 의한 성능해석 결과는 기개발된 FORTRAN 성능모사 프로그램의 결과와 비교하였다. 비교결과 SIMULINK 프로그램과 FORTRAN 프로그램에 의한 결과 사이에 다소 큰 차이를 보이는데 이는 구성품간 조합방법의 차이에 기인한 것으로 추정되며, 추후 개선을 할 예정이다.

무인 표적기에 탑재될 추진시스템인 프로펠러를 설계하였다. 프로펠러 설계 방법으로 vortex theory 을 적용하였다. 압축성 효과는 배제하였고, 레이놀즈수는 일정하다고 가정하였다. 설계 변수는 반경 방향에 따른 코드 길이와 비틀림각이며, 최적 설계 목표는 효율의 최대화이다. 설계된 프로펠러의 성능을 해석하였다.

In this Study, the types of PSD performance test systems were reviewed. And as a results of that reviewing process, a suitable PSD performance test system type for PSD design was proposed. PSD performance test systems can be classified with pulsating methods - the pulsating whole feeding system and the pulsating working fluid. The pulsating working fluid method can be re-classified with the devices of pulsating working fluid - a piston-type pulsator and a restrict-type pulsator. The pulsating-working-fluid performance test system with restrict-type pulsator was proposed to be a suitable type for identification of main-design-parameters.

실험에서 측정변수에 발생되는 불확도가 터빈 전효율의 불확도에 미치는 영향을 실험을 통하여 분석하였다. 단단 축류형 3차원 터빈이 실험에 사용되었으며 평균반경에서 반동도가 0.373이며 상온 저압 상태에서 실험이 수행되었다. 입구/출구전압력에 의하여 발생되는 불확도는 터빈 전효율의 불확도로 전파되는 영향이 상당히 크게 나타나므로 상온저압시험에서는 높은 정밀도를 갖는 압력계가 필요하게 된다. 측정변수의 불확도가 전효율의 불확도에 차지하는 영향은 토오크에 의하여 발생되는 불확도가 가장 크게 나타났으며 회전수에 의한 불확도가 가장 적었다. 토오크의 불확도 영향은 회전수의 증가에 따라 증가하는 경향이 있다. 전압력의 경우는 출구측에서의 불확도가 입구측에 비하여 영향력이 크게 나타났다.

This paper presents the numerical thermal analysis for regeneratively cooled rocket thrust chambers. An integrated numerical model incorporates computational fluid dynamics for the hot-gas thermal environment, and thermal analysis for the liner and coolant channels. The flow and temperature fields in rocket thrust chambers is assumed to be axisymmetric steady state which is presumed to the combustion liner. The heat flux computed from nozzle flow is used to predict the temperature distribution of the combustion liner. As a result, we present the wall temperature of combustion liner and the temperature change of coolant.

우주발사체의 2단에 사용가능하며, 케로신과 액체산소를 추진제로 하는 10톤급 액체로켓엔진 (LRE)에 대해 노즐 설계 변수와 성능 특성과의 관계를 파악하고 노즐 성능의 개선을 위해 노즐 형상에 따른 성능 해석을 수행하였다. 본 연구에서 10톤급 LRE의 형상을 설계하였으며, 기존의 일차원 성능해석 방법과는 달리, 2차원 유동 해석 결과를 이용한 성능 해석을 수행하기 위해 노즐 성능해석용 코드를 개발하였으며, 액체 산소/메탄 엔진 (LNG 엔진)에 대한 지상 연소시험 결과와 비교, 검토하여 노즐 성능해석 코드를 검증하였다.

The flow characteristics of secondary recirculation region in a liquid fuel ramjet combustor are measured using PIV method. The model combustor has two rectangular inlets that form 90 degree angle each other. The tested angles of the air intakes were 30, 45 and 60. Three guide vanes are installed in each rectangular inlet to improve the flow stability. The experiments are performed in the water tunnel test with the same Reynolds number as the case of Mach 0.3 at the inlet. PIV software is developed to measure the characteristics of the flow field in the combustor. The accuracy of the developed PIV program is verified with rotating disk experiment and standard data. The experimental results show that the secondary recirculation flow occurred at the front junction of inlet main stream and combustorchamber. The size of secondary recirculation regions are increased with increasing air inlet angles. Since the performanceof combustor is very dependant on not only the main recirculation in the dome region but also the secondary recirculation flow in a junction region, the optimal angle of the air intakes should consider the both recirculation size as a frame holder.

액체로켓엔진의 연소불안정을 해석하기 위해 Euler-Lagrange 방법을 사용하여 간단한 분무연소를 해석하였다. 2차 축대칭좌표계에서 가스 온도와 액적 궤도, 액적 반지름을 구하였고 Euler-Lagrange 방법이 액적의 궤도, 액적의 크기와 주위 가스의 온도분포의 경향성을 잘 나타내는 것을 검증하였다.

The purpose of this research was to develope components of micro solid propellant thruster. Micro solid propellant thruster had four basic components: combustion chamber, nozzle, solid propellant and micro heater for ignition. A performance of micro heater and characteristic of solid propellant was investigated. Micro heater was fabricated by conventional MEMS process and Platinum layer was used for heating element. Effect of geometry parameters on micro heater was tested. The temperature responses of heater with respect to each parameters was compared for a given electrical power. The characteristic of solid propellant(HTPB/AP) was investigated to obtain burning velocity in small chamber. Additionally, a capacity of filling propellant with high viscosity in small chamber was checked to guarantee for the micro fabrication.

An apparatus was developed to repetitively apply a -196 $^{\circ}C$ thermal load to coupon-sized mechanical test specimens. Using this device, IM7/5250-4 (carbon / bismaleimide) cross-ply and quasi-isotropic laminates were submerged in liquid nitrogen (L$N_2$) 400 times. Ply-by-Ply micro-crack density, laminate modulus, and laminate strength were measured as a function of thermal cycles. Quasi-isotropic samples of IM7/977-3 (carbon / epoxy) composite were also manually cycled between liquid nitrogen and an oven set at 120 $^{\circ}C$ for 130 cycles to determine whether including elevated temperature in the thermal cycle significantly altered the degree or location of micro-cracking. In response to thermal cycling, both materials micro-cracked extensively in the surface plies followed by sparse cracking of the inner plies. The tensile modulus of the IM7/5250-4 specimens was unaffected by thermal cycling, but the tensile strength of two of the lay-ups decreased by as much as 8.5 %.

The analytic solution of displacements of thin cylindrical pressure vessel made by carbon fiber T700/Epoxy was obtained using equilibrium equations of orthogonal curvilinear coordinate system. Equilibrium equations with the assumed displacement field were derived from a reasonable description of the behavior of thin elastic shells using principle of virtual work. Some analyses of the theoretical solution are presented and compared with the results of hydraulic tests of the pressure vessel.

본 논문에서는 17-4PH강의 동적파괴인성을 노치시편의 겉보기 동적파괴인성으로부터 평가하고자 한다. 0.1mm∼4mm의 다양한 노치반경을 갖는 시험편을 이용하였다. 임계노치반경 이상에서는 노치 반경이 증가할수록 겉보기 동적파괴인성도 증가하는 결과를 보인다. 노치시편을 이용하여 측정한 겉보기 동적파괴인성으로부터 동적파괴인성을 예측할 수 있다.

열충격은 재료가 갑작스런 온도나 압력변화 혹은 급냉 조건하에 있을때 발생하는 물리적 현상이다. 본 논문에서는 레이저 조사를 이용하여 열충격 강도와 열충격 파괴인성을 평가하였다. 시험편의 온도 분포는 타입 K와 C 열전대를 이용하여 측정하였다. 조사된 표면은 SEM을 이용하여 관찰하였다. 파괴에 필요한 임계 레이저 파워가 재료의 열충격 강도와 열충격 파괴인성을 결정짓는 주요한 요소라고 할 수 있다.

추진시스템 종합성능시험을 위한 시험시설이 구축되었으며, 최소계측을 통하여 최대한의 안전을 확보하기 위한 비상정지시스템이 검토되었다. 이에 연소실압력과 가속도신호를 이용한 비상정지시스템이 구축되었고, 이 측정변수를 통하여 점화지연 및 실패, 소화, 추진제공급상태, 불안정연소, 과도 구조진동 등을 감시할 수 있었으며, 시험 중 빠른 판단 및 조치에 의하여 시험의 안전을 확보할 수 있었고, 목적한 종합성능시험을 안전하게 완료할 수 있었다.

본 연구에서는 회전익 상태에서 이/착륙, 저속 전진비행을 하고, 고정익 상태에서 고속 전진비행을 하는 스마트 무인기 추진시스템을 모델링하고 회전익 모드, 고정익 상태의 고속 비행모드, 팁 제트 노즐과 주 엔진 노즐을 모두 이용하는 혼합모드에 대해 정상상태 성능해석을 수행하였다. 성능해석 결과는 각 비행모드에서 덕트의 손실로 인한 추진 시스템의 운용영역이 제한되는 결과를 보였으며, 비행 마하수 변화에 대한 결과와 비교해 고도의 변화에 대한 해석결과가 더 넓은 영역에서 비행영역을 제한함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 분리 축 방식의 가스터빈엔진을 축소형 무인 비행선의 발전용 추진시스템으로 활용하기 위해서 분리 축 가스터빈엔진을 발전용으로 개조하였다. 엔진시험을 통해 출력축으로부터 부하를 전달할 때, 요구되는 구동로터의 조건을 분석하였다. 분석한 결과 적절한 댐핑(damping)역할을 하는 장치가 필요함을 알 수 있다. 따라서 댐퍼 역할을 하는 flywheel의 관성모멘트의 변화를 고려하여 정량화하는 방법을 선택하였다. 적합한 flywheel의 관성모멘트를 장착 할 수 없는 경우에는 엔진으로부터 요구되는 출력을 얻을 수 없으며, 또한 엔진 시험중 불안정성이 초래함을 확인할 수 있었다. 엔진시험에 의한 데이터 분석으로부터 동역학적인 천이효과에 의한 성능을 통해 관성모멘트의 요구범위를 확인 할 수 있었다. 재설계한 Flywheel을 장착하여 시험한 결과 정상적인 엔진작동으로부터 추진 시스템에 요구되는 출력을 얻을 수 있었다. 엔진 시스템의 천이작동모드에서는 Fuel flow schedule 대한 엔진 응답이 제어 시스템에 제공되기 때문에, 제어시스템 설계와 천이작동모드는 충분히 고려해야 할 것이다.

추진제 주입 압력 350 psi 에서 0.95 lbf 의 정상상태 공칭추력을 내는 단일액체추진제 하이드라진 추력기의 검증을 위한 성능 요구조건과 시험결과를 요약한다. 성능특성은 정상상태 및 펄스 모우드 연소상태에서의 추력 거동으로 제시되고 지상연소시험과정이 간략히 소개된다.

The KSR-III developed by KARI is the first rocket vehicle which is adopting the liquid propellant rocket engine system in Korea and its flight test was successfully done last year. KSR-III is a sounding rocket class launch vehicle, but there is a sense to accomplish design, manufacture, performance test and finally its flight test by domestic technology. In this paper, the authors are intended to introduce the multi-purpose test facility(PTA-II Test Facility) which is constructed for the variety of tests on KSR-III feeding system(single component tests, verification tests, cold flow tests and combustion tests) and its test results.

Plows in the LOX manifold with two different types of predistributor have been analyzed using a CAE technique. The computational geometry and flow condition through the injection holes resemble those in the actual manifold of the liquid rocket, so that the results can describe the actual flow reasonably It is noted that two different types of predistributors lead to very similar pressure and mass distributions in the plane just above the injection holes. Also the pressure drop across the injection holes is rather uniform regardless of location of the holes and this would suggest that the simplified modeling of the flow through the injection holes is possible from an engineering point of view.

추력 250kgf급 소형액체로켓엔진을 대상으로 한 공급시스템을 설계 및 제작하였다. 기존시스템의 분석을 통해 공급시스템 설계시 반영하였으며, 새로운 공급시스템을 통한 엔진의 수류 및 연소시험을 수행하여 공급시스템의 성능을 검증하였다. 이 결과 기존시스템보다 추진제공급이 안정적으로 이루어짐을 확인하였다.

The purpose of this work is to introduce the Remote Control System for KSR-III Liquid Rocket Propulsion System. We developed the high reliable Fire control System that needed for long distance control. We carried out a real time remote control and measuring for KSR-III lust Liquid Propulsion Rocket in Korea using TCP/IP Ethernet network method and Fiber-optic communication method. Also HMI operation program developed guarantee confidential control, monitoring and analysis for Fire control operation.

액체산소와 액화천연가스를 이용한 재생냉각 액체로켓엔진의 특성을 실험적인 방법으로 고찰하였다. 추진제의 상에 따른 재생냉각효과를 규명하기 위하여 물냉각, 천연가스냉각 그리고 액화천연가스 냉각방식 각각에 대해 일련의 시험을 수행하였다 연소실 압력과 혼합비에 따른 연소특성과 연소성능 변화를 고찰하였으며, 연료의 조성변화와 재생냉각에 따른 연료 엔탈피 변화에 따른 액체로켓 엔진의 성능변화를 파악하였다. 시험결과 이론혼합비의 70∼75% 값을 가지는 혼합비에서 최대 특성 속도가 발생하였으며, 연소성능을 나타내는 chamber coefficient는 0.952∼0.98의 값을 보였다.

T-분기관을 전파하는 데토네이션 파에 대한 수치적 연구가 수행되었다. T-분기관은 데토네이션 파를 이용하여 여러 개의 연소기를 점화시키는 연소파 점화기라는 새로운 로켓 점화체계의 핵심 부분이다. Euler 방정식과 Induction parameter 방정식이 지배방정식으로 이용되었으며 반응 항은 상세 반응 기구로 얻어진 화학 반응 데이터베이스로부터 모델 되었다. 연계된 방정식의 풀이에는 2차 정확도의 내재적 시간적분과 3차 정확도의 TVD 알고리즘이 이용되었다. 2백만 개를 초과하는 격자를 이용하여 붕괴와 재 점화를 포함하는 데토네이션파의 거동을 포착할 수 있었으며, 연소파 점화기 화염관의 설계 요소를 얻었다.

분리 삼중충돌 제트의 액상 혼합에 대한 실험적 연구결과를 통해 분리 삼중충돌 인젝터의 요소설계시 고려해야 할 기하학적 파라메타와 혼합성능을 고려하는 방법을 제시하였다. 실험은 비반응성인 케로신과 물을 사용하여 수행하였으며, 분사공의 기학적 조건과 분사조건(운동량비)에 따른 국소혼합비 분포를 측정하여 혼합효율 및 혼합특성속도를 산출하였다. 분사공의 각종 기하학적 요소와 운동량비에 따른 혼합효율 및 혼합 특성속도를 비교/분석하고 혼합성능과 연소성능과의 상관관계를 규명하였으며, 혼합의 정도를 향상시키는 설계점과 혼합성능 측면에서의 분리 삼중충돌 인젝터의 최적 설계조건에 대하여 고찰하였다.

본 연구는 고체 추진제 로켓 엔진의 연소과정을 수치적으로 해석하였다. 고체 추진제로는 double-base propellant를 이용하였으며 고체상에서는 2개의 포괄적인 반응식을 기체상에서는 5개의 포괄적인 반응식을 이용하였고 난류와 화학반응의 상호작용 PaSR(Partially Stirred Reactor)모델을 사용하였다. 고체 연료 벽면에서의 분출 효과로 야기되는 대류열전달의 불확실성을 줄이기 위하여 낮은 레이놀즈 수 k-$\varepsilon$난류모델을 적용하였다. 계산된 수치결과를 토대로 고체 추진제 로켓 엔진의 난류연소 과정 및 온도장과 압력장의 비정상 특성에 대하여 상세히 기술하였다.

Combustion instability phenomena have been observed in various different combustion systems. For each specific combustion system, pressure fluctuations measured during high frequency combustion instability presented many different characteristics. High frequency instability occurring in a lean premixed gas turbine combustor mar be dominantly affected by a nonlinear relation between pressure oscillations and heat release rate fluctuations, and gas dynamics plays a crucial role in determining an amplitude of a limit cycle for a liquid rocket thrust chamber. Combustion instability phenomena manifest their inherent nonlinear characteristics. One is a limit cycle and the other bifurcation described by nonlinear time series analysis.

고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

음향불안정을 억제하는 수동제어기구중 하나인 음향공의 음향학적 효과를 파악하기 위해, 음향공이 장착된 로켓엔진 연소실의 음향장 특성을 수치해석적으로 조사하였다. 음향공 모델로서 Helmholtz 형태의 공명기가 채택되었고, 조화해석을 통해 주로 음향공에 의해 야기되는 음향학적 효과를 관찰하였다. 음향공의 동조주파수를 변화시켜가면서 연소실의 음향진동 응답을 구하고, 제1접선방향 음향모드의 감쇠인자를 구하였다. 동조주파수가 공진주파수에 접근함에 따라 모드분할 현상이 나타났고, 이로 인해 음향공을 본래의 제1접선방향 음향모드에 동조시키더라도 음향감쇠효과가 저하됨을 알았다. 효과적인 감쇠를 위해서는, 억제하고자 하는 음향모드로부터 모드분할 현상이 나타나지 않으면서 그 음향모드의 감쇠효과를 극대화하도록 음향공을 동조시키는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

Theoretical-numerical analysis of wave instability is conducted with parametric response function model. Fluctuating instantaneous mass evaporation rate functionally coupled with pressure perturbations with phase lag is assumed to examine the validity of the method. With sufficiently large amplitude and less phase lag to perturbation, combustion response is resonant to pressure waves, unstable waves are amplified, and the system is driven to instability. Magnitude of response is a crucial instability parameter in the determination of a stability margins and makes a critical change of balancing conditions between the amplifying and damping acoustic energies. In the phase regime the unstable waves are amplified, whereas, the acoustic waves are attenuated in the out-of-phase regime. In the intermediate regime, no distinct tendency of unstable waves was determined.

액체로켓 엔진에 사용되는 가스발생기의 최적설계와 연소해석을 수행하였다. 추진제는 RP-1/LOx 이고, open cycle터보펌프 시스템을 사용하였으며, 가스발생기는 농후(fuel-rich)연소를 적용하였다. 최적설계의 목적함수는 주연소실의 비추력이 최대가 되는 것으로 하였다. 설계변수는 가스발생기의 O/F비, 유량(mass flow rate into gas generator), 터빈 노즐 출구 각, 부분분사비, 그리고 터빈 원주속도로서 이들을 이용하여 가스발생기의 열역학적 성능을 계산하였고, 설계제한조건인 가스발생기 연소실 총온도와 터빈-펌프의 출력일치(matching)를 만족하면서 목적함수를 최대화 할 수 있는 가스발생기의 형상과 성능조건을 확인하였다. 연소해석을 통하여 난류고리 장착에 따른 연소가스의 혼합길이와 연소실 직경을 검토하고, 반경방향의 온도분포 등을 살펴보았다.

본 연구는 건국대학교 연소추진 실험실 주관으로 하이브리드 로켓 모터 실험 장치를 구성하고 산화제의 mass flux에 따른 연소율 변화 둥을 측정하여 연소 불안정성에 대해 연구하는 것을 목표로 하고 있다. Test fire를 해본 결과, 실험이 순서대로 원활히 진행되어 연소에 성공하였으며, PC를 이용하여 압력, 추력, 온도 데이터를 받아낼 수 있음을 확인하였다. 진행될 사항은 실험을 통하여 연소율의 비정상적 변화와 연소실 내부의 압력변화특성을 연구하고, 온도를 측정함으로써 C＊(특성속도)를 계산하여 하이브리드 모터의 연소 특성이 연구되어야 할 것이다.

액체로켓 엔진 연소 시 발생하는 연소 가스는 고온, 고속의 유동특성을 갖는다. 이러한 유동특성에 견딜 수 있는 연소시험 화염유도로 제작에 필요한 기초 자료를 얻고자 본 실험을 수행하였고, 연소 가스에 물을 분사하여 냉각된 연소가스의 온도 및 압력을 측정하였다. 동시에 열화상 카메라장비를 통해 온도를 측정하고 센서측정 데이터와 비교 분석한 결과 화염유도로에 적용 가능한 온도데이터를 획득하였고 물분사기 성능과 설치를 위한 구조적 강도를 예측할 수 있었다.

The characteristic of constant volume micro combustor was investigated experimentally. The shape of micro combustor was cylindrical and has row aspect ratio or has relatively large diameter compared with chamber height. Diameter and chamber height was varied to investigate the geometric effect of combustor on the flame propagation. Diameter of 15 mm and 7.5 mm was designed while chamber height was designed to be 1mm, 2mm, and 3mm. The effect of initial pressure was also investigated parametrically from 1bar to 3bar. The gas used in this study was stoichiometric mixture of methane and air. The maximum pressure achieved in down scaled combustors was lower than that of conventional combustor because heat loss to wall was dominant as expected. The maximum pressure responded favorably with the change of height of combustor and the initial pressure, the maximum pressure was also increased. The flame propagation was possible when the specific condition was satisfied. Although the quenching distance of stoichiometric mixture of CH4 and Air is 2.5 mm, the flame could propagate even under quenching distance as the initial pressure increased.