• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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• pp.244-245
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• 2003

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.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2002년도 제18회 학술발표대회 논문초록집
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• pp.60-60
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• 2002

비행탄의 종말속도증대를 위하여 고체램제트를 이용하는 개념은 현재 세계적으로 여러나라에서 연구 중에 있다. Solid Fuel Ramjet Propulsion(고체연료 렘제트 추진)은 로켓추진에 비하여 월등히 높은 비추력을 가지며 구조적으로 매우 간단하여 탄의 사거리 및 평균속도를 증대시키는 좋은 수단으로 사용되고 있다. 그러나 간단한 구조에도 불구하고 고체렘제트의 작동은 매우 다양한 물리적 현상이 연관되므로 필요한 성능을 얻기 위해서는 이들의 상호 작용을 고려하여 설계의 최적화 및 성능 예측이 필요하다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2007년도 제29회 추계학술대회논문집
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• pp.243-247
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• 2007

하이브리드 추진에서 연소특성을 나타내는 후퇴율 식을 초기 포트면적으로 나눈 산화제 유속이 고려된 고체연료 유속의 관계식으로 표현하였다. 초기 포트면적을 고려한 산화제 유속을 이용하여 반복 수행 없이 연소율을 쉽게 구할 수 있었고, 고체연료 유속 관계식으로 연료 형상을 간단히 설계할 수 있는 기법에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구의 실험에서는 연료로 PE, 산화제로 GOX를 사용하였으며, 연소시간을 다양하게 하여 포트면적 변화에 따른 유속의 변화를 고려하였다. 하이브리드 추진에서, 산화제 유속의 지수가 0.5에 근접할 경우 후퇴율 관계식 보다는 고체연료 유속 관계식을 사용하는 것이 더 적합함을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제18권5호
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• pp.12-18
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• 2014

공기흡입형 추진기관의 가스발생기에 사용하기 위한 연료과농(Fuel-rich) 고체 추진제의 특성에 대한 연구를 수행하였다. 일반적인 고체 추진제는 평균 60%이상의 산화제를 포함하는 데, 연료과농 고체 추진제를 개발히기 위해 산화제 함량을 30%내외로 낮추고 매우 높은 부피당 열량을 가지는 비정질 붕소를 입자화(Bead)하여 금속연료 함량을 증가시켜 고체 추진제의 제조 공정성 및 연소속도 특성을 확인하였다. 과립화붕소의 입도가 작을수록 추진제 제조 공정에서 초기 점도가 높아지고, 입도가 클수록 연소속도 및 압력지수가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제26권1호
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• pp.12-19
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• 2022

덕티드 로켓의 가스발생기에 사용되는 추진제는 연료과농 추진제로서, 일반적인 고체 로켓 추진제에 비하여 과량의 금속연료와 소량의 산화제를 포함한다. 본 논문에서는 연료과농 추진제를 제조하기 위하여 보론 분말과 MgAl(Magnesium-Aluminium Alloy)를 적용하였다. 이 금속연료를 적용한 추진제의 특성을 분석하였고, 이를 통하여 최적의 조성을 연구하였다. 추진제의 연소생성물 분석을 통하여 보론 비드가 아닌 미립의 보론 분말로도 가스발생기용 연료과농 추진제가 가능함을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제23권5호
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• pp.53-59
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• 2019

고체연료는 추진제 연소 시 산화제와 반응하여 추진제 성능을 증가시키는 역할을 한다. 대표적인 고체연료는 Al, RDX, HMX 등이 있다. 이들 물질은 연소 시 수분과 만나 흰색 연기를 발생시키고, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄가스 등의 환경유해 물질을 다량 발생시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 고체 연료로 사용 가능한 고질소 에너지 물질인 hydrazinium 5-aminotetrazolate(HAT)를 제조하였다. 분광분석(NMR)을 통해 HAT의 구조를 분석하였으며, DSC를 이용하여 열특성 분석을 하였다. 또한, EXPLO5 프로그램을 이용하여 비추력, 가스발생량 등을 계산하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제30회 춘계학술대회논문집
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• pp.89-92
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• 2008

일반적으로 하이브리드 추진에서 산화제 질량유속만의 함수로 표현되는 후퇴율 식은 고체연료 길이에 따른 후퇴율 변화를 나타내지 못한다. 따라서 본 연구에서는 분할 연료 그레인을 적용해 쉽게 할 수 있는 연소 실험을 수행했고, 고체연료 길이에 따른 후퇴율의 변화를 고찰하였다. 연료 그레인 상단부에서 하단부로 갈수록 후퇴율은 감소하다가, 다시 증가하는 경향을 나타남을 확인 하였고, 산화제 질량유속과 그레인 길이의 함수로 표현할 수 있는 후퇴율 식을 도출하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
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• pp.233-238
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• 2006

하이브리드 로켓은 고체 및 액체 로켓에 비해 많은 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 선회류 하이브리드 로켓을 디자인 및 제작하여 고체 연료 후퇴율 향상 방법에 대해 연구되었다. 산화제 유량 조건에 대해 추력이 계산되었으며 초음파 센서를 이용하여 전체 연소 조건에 대해 고체 연료의 후퇴율을 측정하였다. 본 연구에서는 PMMA 고체 연료 및 HTPB 고체 연료가 사용되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.745-749
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• 2011

혼합용 임펠러를 장착한 연료탱크의 액체연료와 미세 고체입자의 부유, 혼합 현상을 분석하고자 2차원 혼합 유동 수치해석을 수행하였다. 다상 유동해석은 Eulerian Grandular Multiphase 기법을 사용하였고, 해석기법을 12vol% 고체 혼합 조건 실험의 축방향 고체 농도 분포와 비교하여 확인하였다. 해석용 연료탱크는 10.5vol% 고체입자를 액체연료와 혼합하는 것으로 회전수 700rpm 조건에서 4가지 경우의 임펠러 위치와 유속 조건으로 해석을 수행하였다. 각 경우에 대한 Quality of Suspension 결과를 비교하여 적합한 임펠러 위치와 속도방향을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2007년도 제29회 추계학술대회논문집
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• pp.233-236
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• 2007

멀티포트 하이브리드 로켓 고체연료 그레인의 열민감도에 관한 연구를 수행하였다. 고온의 비반응 유동의 포트를 통과하며 연료 그레인으로 열전달 시, 연료 그레인 내부의 온도 분포 변화를 비정상 열해석을 통해 계산하였다. 계산은 총 9개의 포트 반경에서 수행되었으며, 연료 내부 온도가 민감하게 거동하는 임계 포트 반경을 결정하였다. 열에 민감하게 반응하는 임계 포트반경 이후는 고체 폴리머 연료의 구조상의 취약점이 발생할 것으로 판단되므로, 임계 포트반경은 설계 시 중요한 고려대상으로 사용될 것으로 예상된다.