• Bulletin of the Korean Space Science Society
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• 2003.10a
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• pp.74-74
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• 2003

로켓엔진의 연소실에서는 고온의 연소가스로부터 다량의 열이 발생하기 때문에 이로부터 연소실을 보호하기 위한 방법이 필수적으로 요구된다. 한국 최초의 액체 로켓인 KSR-III 로켓의 주엔진인 KL-3 엔진에서는, 연소실을 보호하기 위한 방법으로 실리카/페놀(Silica/Phenolic) 내열재를 이용하는 용융냉각 방식을 채택하였다 용융냉각 방식은 내열재와 고온의 연소가스와의 물리ㆍ화학적 상호작용에 의해 삭마가 발생하게 되는데, 이러한 삭마는 연소실에서도 가장 고온부인 노즐목에 집중적으로 발생하는 경향이 있다. 그러나 노즐목에서 삭마의 진행은 노즐목의 크기를 증가시키고 연소압 및 추력을 감소시키는 부작용을 초래하게 된다. 본 연구에서는 이러한 열적 삭마에 의한 노즐목 크기의 증가량을 알아내기 위해 KL-3 엔진 노즐목의 형상을 측정하고자 시도하였으며, 노즐목의 삭마에 영향을 미치는 주요 인자를 확인하고 진행과정을 고찰하였다. 노즐목의 형상 측정을 위해서는 기존에 사용하던 3차원 변위 측정기를 이용한 방식의 접근이 곤란함에 따라 영상처리 기법을 도입한 측정 방식을 고안하여 사용하였으며, 이 장비는 만족스런 성능을 보여주었다. 시험결과를 통해서 삭마에 영향을 주는 주요 인자로 분무형태, 연소시간, 연소 온도를 제시하였고 이 중에서 분무형태는 삭마 형상에, 연소 시간 및 연소온도는 삭마량에 주로 영향을 끼친다는 것을 알 수 있었다. 또한 시간에 따른 삭마의 진행이 3개의 구간으로 나누어 설명할 수 있음을 밝혔는데, 노즐목이 원형을 그대로 유지하며 삭마진행이 미미한 구간, 원형에서 벗어나 요철형상이 발달하면서 삭마진행이 가속되는 구간, 요철형상이 이미 정착되어서 요철의 깊이만 증가하되 삭마량은 미미한 구간이다. 결과적으로 60초 연소 후 노즐목 면적 증가율은 +5.82% 정도이며, 이에 따른 연소압 및 추력의 감소 또한 1% 미만으로 미비하였다. 따라서 본 KL-3 엔진에 사용된 내열재의 내열 성능은 임무를 수행하기에 적절하다고 판단하였다.

• Aerospace Engineering and Technology
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• v.1 no.1
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• pp.153-162
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• 2002

This paper predicted the engineering constants of spatially reinforced carbon/ carbon composites and analyzed the mechanical behaviour of the kick motor nozzle. Those equivalent engineering constants are used to analyze the mechanical behaviour of the kick motor nozzle. Because the distribution of equivalent engineering constants is varying as change its structure, we made a program to predict engineering constants of spatially reinforced composites. The kick motor nozzle consists of graphite or spatially reinforced carbon/ carbon composites for the nozzle throat, carbon/ phenol for the nozzle entrance and the expansion part, and steel for the outer surface of the expansion part. The 4-D carbon/ carbon composite shows the smallest deformed shape of the nozzle throat, which has a favorable effect on the rocket thrust, and the most uniform deformation of all nozzle throat materials. In addition to analysis, ground firing tests of 4D C/ C nozzle throat and graphite nozzle throat were performed.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.43 no.6
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• pp.479-487
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• 2015

In a reflected shock tunnel, stagnation conditions of a nozzle are determined by the flow behind a reflected shock. When calculating the flow behind the reflected shock, unlike a shock tube, the flow leakage through the nozzle is to be considered. The analytical studies were done to find out the characteristics of the stagnation conditions of the nozzle with various nozzle throat size. Experiments and numerical simulations were also carried out for further understanding of the flow leakage effects. It was found that the nozzle stagnation pressure was diminished by the increase of the size of the nozzle throat. It was also found that the steady pressure in the stagnation were maintained well at the area ratio of the driven tube to the nozzle throat is 4.5.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.14 no.5
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• pp.1-7
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• 2010

Dual throat nozzle(DTN) is recently attracting much attention as a new concept of the thrust vectoring technique. This DTN is designed with two throats, an upstream minimum and a downstream minimum at the nozzle exit, with a cavity in between the upstream throat and exit. In the present study, a computational work has been carried out to analyze a fundamental performance of a dual throat nozzle(DTN) at various nozzle pressure ratios(NPR) and throat area ratios. Two-dimensional, axisymmetric, steady, compressible Navier-Stokes equations were solved using a fully implicit finite volume scheme. NPR was varied in the range of NPR from 2.0 to 10.0, at different throat area ratios. The present computational results were validated with some experimental data available. Based upon the present results, the performance of DTN is discussed in terms of the discharge coefficient and thrust efficiency.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.14 no.6
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• pp.25-30
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• 2010

Dual throat nozzle(DTN) is recently attracting much attention as a new concept of the thrust vectoring technique. This DTN is designed with two throats, an upstream minimum and a downstream minimum at the nozzle exit, with a cavity in between the upstream throat and exit. In the present study, a computational work has been carried out to analyze the performance of a dual throat nozzle(DTN) at various mass flow rate of secondary flow and nozzle pressure ratios(NPR). Two-dimensional, steady, compressible Navier-Stokes equations were solved using a fully implicit finite volume scheme. The present computational results were validated with some experimental data available. Based upon the present results, The control effectiveness of thrust-vector is discussed in terms of the thrust coefficient and the discharge coefficient.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.23 no.5
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• pp.101-106
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• 2019

Carbon deposition on the turbine nozzle throat of a LOx/kerosene gas generator cycle(open cycle) engine causes performance reduction of the engine. Estimation methods for a turbine nozzle throat area are proposed. The discharge coefficient of the turbine nozzle was estimated with the turbine gas properties such as gas constant, specific heat ratio, and temperatures. The pressure ratio and temperature ratio of the turbine nozzle throat, was utilized to estimate the discharge coefficient also. Estimated discharge coefficient of turbine nozzle throat of KSLV-II 1st stage engine shows the carbon deposition effects on the turbine nozzle throat of a LOx/kerosene open cycle engine.

• Journal of Power System Engineering
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• v.14 no.2
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• pp.22-27
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• 2010

본 논문은 유한체적법에 근거한 CFD 분석기법을 이용하여 증기 이젝터의 성능에 대하여 구동노즐의 기하학적 형상에 따른 영향을 조사하였다. 구동노즐의 직경비를 변화시키고 또한 직경비를 일정하게하고 구동 노즐의 위치를 변화시키면서 최적의 조건을 조사하였다. 연구 결과 이젝터의 성능은 구동노즐의 직경과 노즐의 출구 위치에 의해 좌우됨을 확인하였다. 일정 노즐 면적비에 대하여 노즐 목 직경이 감소함에 따라 혼입율이 증가하는 것을 확인하였고 일정 노즐 목 직경에 대하여 면적비의 증가는 혼입율의 감소의 원인이 된다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 혼입율은 노즐의 출구 위치에 따라 영향을 받는다는 것도 확인하였다. 혼입율은 노즐 출구의 위치가 이젝터의 상류로 이동할수록 증가하고 그 위치는 이젝터의 일정단면적부 직경(D)에 대하여 0.4D일 때 최적의 성능을 보였다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1998.04a
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• pp.35-35
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• 1998

고체 로켓 추진기관의 노즐을 개발하기 위해서는 주어진 체계 제한 조건내에서 기본적인 가스의 동력학, 내탄도에 의한 형상 설계, 재료 개발 및 적용 기술, 열전달 계산에 의한 열설계 및 해석 등이 종합적으로 적용되며 수많은 반복과정을 거쳐야 한다. 특히 최근에는 알루미늄 함유량을 증가시켜 연소가스의 온도가 300$0^{\circ}C$ 이상이 되는 고성능 추진제가 일반적으로 적용되고 있으므로 고온에 의한 열적문제가 심각하게 대두되고 있으며 이에 견디는 신뢰도가 높은 노즐 설계개발이 요구되고 있다. 노즐목을 노즐내에서 열부하가 가장 심한 곳으로 노즐목 확대에 의한 추력 손실을 최소화하기 위해 내삭마성이 강한 재료를 선정하여야 하며, 그래파이트는 이러한 조건을 만족시키는 소재의 하나로 많이 적용되고 있다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.21 no.4
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• pp.12-20
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• 2017

The ablation characteristics of graphite nozzle throat insert was analyzed for the use in solid rocket propulsion system. The propulsion system was composed of three types of conventional nozzles, such as De-Laval type, blast tube type, and submerged type. Various kinds of propellants were used in ten kinds of propulsion system that had different shapes with each other. Total forty eight tests were performed. From the results of the analysis, it was found that the ablation rate was increased for the higher average chamber pressure and the higher oxidizer mole fraction. A useful correlation for nozzle throat ablation rate was developed in terms of the chamber pressure, oxidizer mole fraction, and throat size. The calculated ablation rates from the correlation showed agreement within ${\pm}0.10mm/s$ with the experimentally determined values.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2010.05a
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• pp.339-342
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• 2010

Dual throat nozzle(DTN) is recently attracting much attention as a new concept of the thrust vectoring technique of propulsion jet. This DTN is designed with two throats, an upstream minimum and a downstream minimum at the nozzle exit, with a cavity in between the upstream throat and exit. In the present study, a computational work has been carried out to analyze the performance of a dual throat nozzle(DTN) at various mass flow rate of secondary flow. Two-dimensional, steady, compressible Navier-Stokes equations were solved using a fully implicit finite volume scheme. The present computational results were validated with some experimental data available. Based upon the present results, Thrust-vector control using a DTN is discussed in terms of the thrust coefficient and the coefficient of discharge.