Ramjet 엔진에서 Ramjet 입구의 초음속 유동에 의한 압축과정은 연소기내로 유입되는 공기의 온도를 상승시킨다. 따라서 고도와 비행조건에 따라 변하는 실제비행조건을 모사하기 위해서는 공기의 온도와 속도를 정확하게 제어할 필요가 있다. 본 연구에서는 Vitiated Air Heater를 제작하여 공기, 수소, 산소의 안을 변화시키면서 Vitiated Air Heater 연소가스(Vitiated Air)의 온도분포와 속도분포, 그리고 연소가스 성분을 측정함으로써 Vitiated Air Heater의 성능을 평가하였다. 그 결과 Ramjet 엔진의 지상실험범위에 요구되는 Ramjet 연소기 입구의 유입 속도범위(80~120 ㎧)와 온도범위(400~800 K)를 만족하였으며, 균일한 속도 및 온도분포로 대기공기와 같은 산소성분비를 가지는 Vitiated hir를 얻을 수 있었다.
고체 램제트 추진기관에서도 일반 로켓 추진기관에서와 같이 Isp 즉 추력을 증대시키기 위하여 고체 입자들을 연로에 함유시킨다. 이러한 고체입자가 포함된 연료들은 매우 짧은 연소실 체류시간 때문에 연소 효율의 증대가 필수적이며 흡입공기 온도가 중요한 역할을 한다. 이 흡입공기 온도가 램제트 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 연소실 흡입공기 온도에 영향을 미치는 인자는 자유 유동장 즉 대기 온도와 비행 마하수이다. 램제트 연소실에서의 유속 또한 중요한 역할을 함으로 유속 전 영역 즉 정체상태부터 음속까지에 대하여 조사하였다.
직접 연결식(DC) 고도모의 엔진시험 수행 시, 공기 흡입 덕트와 항공용 엔진 사이에 래버린스 씰이 설치된다. 래버린스 씰은 이 둘을 기계적으로 격리시킴으로써 주추력 및 측추력을 보다 정확하게 측정할 수 있도록 돕는다. 하지만 덕트 내부 공급공기에 높은 수직 온도구배가 발생할 경우, 래버린스 씰의 격리가 파괴되어버린다. 본 논문에서는 이러한 접촉 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로 래버린스 씰 온도 제어장치를 제작/설치하였다. 본 장치를 실제 항공용 엔진시험에 적용한 결과, 높은 수직 온도구배가 생성되어도 래버린스 씰의 격리가 잘 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
라이다 방법을 이용한 대기의 온도 측정은 크게 1) DIAL 방법을 이용하는 방법 2) 공기분자의 밀도를 측정하는 진동 라만 산란을 이용하는 방법 3)공기분자의 회전 라만 산란을 이용하는 방법 4) Rayleigh 산란의 선폭을 이용하는 방법 등으로 나누어진다. 이 중에서 대류권의 온도 측정에 적용가능한 방법은 3 번째의 방법으로 질소나 산소의 회전 라만 산란(RRS:Rotational Raman Scattering)이 가장 흔히 사용되는 기술이다. 질소와 산소의 회전 라만 신호를 이용한 온도 측정 기술은 Cohen$^1$ 등에 의하여 처음 시도되었으며, 그 후 많은 사람들에 의하여 검증되었다.$^2$ (중략)
지구를 둘러싸고 있는 대기의 하층 부분을 구성하는 기체를 보통 공기라 말한다. 지상 20km 이하에서는 그 성분이 거의 일정한 비율로 존재하며, 질소, 산소, 기타 혼합기체로 구성된다. 공기밀도란 단위 부피 중에 포함된 공기의 질량을 말한다. 공기는 거의 일정한 성분으로 조성된 혼합기체이지만, 수증기는 변동이 큰 성분의 하나이다. 같은 온도, 같은 압력에서는 습공기의 밀도가 건공기의 밀도보다 작다. 보통 밀도는 압력이나 온도 변화에 따라 변화된다. 따라서 풍량 계산에 사용되는 중요 인자인 공기 상태량에 따른 밀도 계산과정과 actual air flow 와 standard air flow 의 관계를 살펴 보고자 한다.
노광기의 램프 냉각은 노광성능 및 기기수명에 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 노광장치로 유입되는 냉각공기의 속도를 도출하기 위해 램프하우징 내부의 열유동 해석을 수행하였다. 램프하우징의 냉각성능은 하부와 측면의 냉각 공기 속도에 의해 영향을 받는다. 하부 및 측면의 냉각 공기 속도를 독립변수로 설정하고, 상부 반사경 온도, 타원경의 온도 및 상부 배출공기의 온도를 종속변수로 설정하였다. 효율적인 냉각 해석을 위해 반응표면분석법에 의해 해석 조건을 설정하였다. 설정된 조건에 따라 해석을 수행하였으며, 수행된 결과를 바탕으로 냉각 공기 속도에 따른 램프 하우징 주요부 온도를 예측할 수 있는 회귀식을 도출하였다. 또한 종속변수를 목표온도까지 냉각하기 위한 냉각공기의 유입속도를 설정하였다.
마하수 2.5인 모델 스크램제트 연소기내에서 초음속 수소-공기 화염에 대한 충격파의 영향을 실험적으로 연구하였다. 본 실험은 충격파가 초음속 화염에 미치는 영향을 연구한 최초의 실험연구이다. 동일한 모양과 크기의 $10^{\cire}$ 쐐기를 연소기 팽창 벽면에 각각 부착시켜 평면경사충격파를 발생시켰고 충격파가 화염에 미치는 영향을 연구하였다. 쉬릴렌 가시화 사진과 벽면정압, 그리고 두개의 다른 공기온도에서의 연소효율을 측정하였으며, 충격파가 없는 경우와 비교하였다. 충격파에 의해서 화염 모양은 크게 변화하였다. 연소효율은 공기온도에 따라 상이한 결과를 보였는데 공기정체온도가 증가하고 연료유량이 증가한 경우에 충격파에 의한 연소효율은 더 좋은 결과를 보였다.
공기열원 히트펌프시스템의 문제점, 즉 열효율, 안정성, 착상에 대한 현황을 파악하고 이를 해결하기 위한 연구를 수행하였다. 열효율과 안정성을 위해 기존 시스템을 보완한 8행정 냉매사이클시스템 개발과 제어시스템의 개발을 통해 히트펌프 시스템의 효율을 2배 정도 증가시키고, 안정성을 높이며, 착상 문제를 최소화할 수 있도록 하였다. 개발된 공기열원 히트펌프시스템의 COP는 평균 5정도이고, 안정적으로 운용되는 외부 온도는 $-10^{\circ}C$에서 $55^{\circ}C$까지이다. 토출되는 온수의 온도는 $50{\sim}60^{\circ}C$정도이다. 평균 제상시간은 1분 이내이다. 앞으로 개발해야 할 문제는 외부 온도 $-10^{\circ}C$ 이하지역에서 보조열원 없이 난방을 할 수 있고 친환경 냉매를 사용하며 COP가 7이상인 고효율 히트펌프시스템를 실용화하는 것이다.
n-dodecane 연료 액적의 고온면 점화특성을 파악하기 위해 본 연구에서는 공기의 공급과 제어가 가능한 실험실 규모의 실험 장치를 제작하였다. 표면온도는 적외선 측정법에 의해 계측되었으며 적외선 측정법에 의해 계측된 온도는 k-type 열전대에 의해 측정된 온도와 비교하여 $10^{\circ}C$ 이내의 오차를 보였다. 각 공기 공급유량에 대하여 약 400회의 점화실험이 수행되었으며 점화실험결과로부터 점화확률 분포와 최소 점화온도에 관한 결과를 얻었다. 공기 공급유량이 3.0lpm인 경우를 제외하고 냉염과 열염 점화특성을 보였으며 공기 공급유량에 따라 냉염점화가 일어나는 온도범위가 큰 차이를 보였다. 실험결과 n-dodecane 연료의 최소고온면점화온도(MHSIT)는 공기공급 유량이 0.5lpm인 경우에 대하여 약 $300^{\circ}C$를 나타냈다. 본 연구에서는 외기조건에 따른 점화특성을 파악함으로써 초기 발화 메커니즘을 이해하고 조기화재 진압을 위한 시스템 설계의 기초적 자료로 활용된다.
본 연구에서는 음식물쓰레기를 배출공기순환방식을 적용한 고온호기성 공정에서 공기순환비에 따른 음식물쓰레기의 감량화 특성을 연구하였다. 그 결과 적정한 평균운전온도는 54$^{\circ}C$, 함수율은 40% 정도로 판단되었다. 공기순환비 0.5에서 최대기질제거량을 나타내었지만 본 실험이 15일간으로 짧게 운전된 점과 반응후반부에서 공기순환비이 0.3, 0.5일 경우 반응 온도가 하락되어 기질 제거량에 영향이 예상됨으로 15일 이상 기간으로 운전시 적정한 공기순환비는 0.7로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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