• 천문학회보
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• 제37권2호
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• pp.151.2-151.2
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• 2012

터보펌프 구동에 사용된 가스발생기 생성가스를 연소기로 공급하여 주추력 발생에 사용하는 다단연소 사이클 로켓엔진은 고추력을 요하는 우주 발사체에 널리 사용되고 있다. 다단연소 사이클 로켓엔진에 사용되는 가스발생기를 예연소기라 부르며 케로신과 액체산소를 추진제로 하는 다단연소 사이클 로켓엔진에는 산화제 과잉 예연소기가 사용된다. 예연소기는 터보펌프 구동을 목적으로 하기 때문에 예연소기 생성가스의 횡단면 온도분포는 터빈에 의해 제한되는 온도범위 내에서 균일하여야 하며 넓은 운전영역에서 안정적인 연소가 이루어져야 한다. 산화제 과잉 예연소기는 모든 추진제가 혼합헤드를 통해 분사되는 방식과 추진제를 혼합헤드와 연소실로 나누어 공급하는 방식이 있다. 기술검증을 위해 산화제 일부와 연료를 혼합헤드를 통해 연소실에 공급하여 1차 연소시키고 나머지 산화제를 연소실 냉각채널을 거쳐 연소실 중앙의 분사공을 통해 연소실로 주입하여 기화시키는 형태로 최종적으로 연소압 20MPa, 혼합비 60에서 작동하는 산화제 과잉 예연소기를 설계하여 연소시험을 수행하였다. 혼합헤드에는 별도의 점화용 분사기 없이 전체 연료 분사기를 통해 점화용 연료인 TEA/TEB 혼합물을 분사하여 점화하였다. 추진제를 2단으로 공급할 수 있도록 고안된 가압식 연소시험 설비에서 10회, 누적 60초 이상의 연소시험이 성공적으로 수행되었다. 연소시험결과 넓은 작동영역에서 안정적 연소특성과 생성가스 온도 분포의 균일성을 확인할 수 있었다. 고온 고압의 산화제 과잉 예연소기 기술 확보를 통해 케로신/액체산소 다단연소 사이클 로켓엔진 개발을 위한 기술적 기반을 마련하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.863-866
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• 2011

최근 환경문제가 대두되고 정부에서 장려하는 녹색성장에 입각하여 비교적 저공해 발사체로 인정받고 있는 케로신-액체산소를 추진제로 하는 가스발생기 사이클 엔진과 다단연소사이클 엔진의 배출가스 양과 성분을 비교예측 하여보았다. 이를 위해 8톤급의 가스발생기 사이클 엔진과 다단연소사이클 엔진의 규격을 결정한뒤 배출되는 가스의 성분과 양을 CEA를 통해 분석하여 보았다. 결과적으로 전반적으로 효율이 높은 다단연소사이클 엔진에서 모든 부분에서 발생가스의 양이 적었다. 가스발생기 사이클 엔진에서 압도적으로 많이 발생하는 그래파이트 성분은 대기의 산소와 반응하여 2차 연소를 통해 부가적 오염물질을 유발할 가능성을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.77-78
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• 2011

케로신/산소의 연소 해석을 위하여 연소 해리 성분을 고려한 다단 준총괄 반응을 개발하였다. 총괄 반응 상수는 실험 데이터에 잘 부합하도록 결정하였다. 개발된 다단 총괄 반응을 이용하여 케로신/산소 축대칭 전단 동축 분사기의 연소 유동에 대한 수치 해석을 수행하였다. 고해상도 기법을 이용한 해석을 통하여 리세스가 유동 불안정성의 증가시켜 연료 공기 혼합 및 연소 효율을 증대에 기여하는 정성적 특징을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.94-98
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• 2017

고성능 상단엔진 개발을 위한 9톤급 다단연소사이클 엔진의 선행연구가 진행 중에 있다. 다단연소사이클 엔진 기술검증시제(TDM0)를 제작을 완료하여, 나로우주센터 엔진 연소시험설비에서 예연소기와 터보펌프로 구성된 파워팩 연소시험과 주 연소기까지 장착된 엔진 연소시험을 차례로 수행하였다. 다단연소사이클 엔진 유공압 라인의 진공화 과정과 연소시험에서 나타난 터보펌프의 및 유공압 라인의 특성을 간략히 기술한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권10호
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• pp.637-644
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• 2016

본 연구의 목적은 석탄 입자 연소 시 공기 다단 연소 적용에 따른 UBC(Unburned Carbon) 및 질소 산화물(NOx) 배출 특성을 분석하는 것이다. 이를 위해 공기 다단 연소가 가능한 2단 하향 분류층 반응기(Two Staged Drop Tube Furnace, Two Staged DTF)를 설계 및 제작하였다. 아역청탄(Tanito)의 단일 및 다단 연소 실험을 진행하여 UBC 및 NOx 배출 특성을 분석하였다. 그 결과, 단일 연소 조건에서 온도 및 공기비가 증가함에 따라서 UBC 함량이 감소했지만 NOx의 농도는 증가했다. 특히 과농 연료 연소 영역에서 NOx 저감 반응이 일어났으며, 이때 반응 온도가 증가할수록 NOx 저감 반응이 활성화 될 뿐아니라 UBC는 감소되었다. 공기 다단 연소 실험의 경우 석탄 입자의 UBC 증가량에 비해 높은 NOx 저감 효과를 얻을 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.108-111
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• 2017

정지궤도용 우주발사체에는 고성능 상단엔진이 필수적이며 높은 비추력을 가지는 다단연소사이클 엔진이 적합하다. 터보펌프, 예연소기, 연소기, 공급계 시스템으로 구성된 9톤급 다단연소사이클 엔진 시스템의 기술검증시제를 제작하여 나로우주센터 3단 엔진 연소시험설비에서 3초 지상연소시험을 수행하였다. 엔진 시스템의 시동, 점화, 연소 및 종료가 정상적으로 수행되었으며 주요 성능 변수를 평가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권1호
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• pp.32-38
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• 2003

Staged combustion, such as air- and fuel-staging, is a relatively well-known technique fur reduction of NOx emission and used in combination with other techniques nowadays. However, the design variables are still selected depending upon operating conditions. There are many variables tested to investigate the NOx emission characteristics fur changing of fuel or air velocity, swirl intensity, and staging ratio of air and fuel in multi-staged burner. In air-staging case, the fuel-rich condition of the primary combustion zone is very helpful to reduce NOx emission and its range is known to be restricted by the increase of carbon monoxide. However, in many cases carbon monoxide level is not too high to be restricted operating condition. So we tried to expand the equivalence ratio range to the richer condition in the primary combustion zone and certificate the function of each burner component and its contribution to the overall NOx production.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.92-95
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• 2011

케로신-산소 동축 로켓 분사기의 난류 연소를 수치적으로 연구하였다. 이 연구를 위하여 다단 준 총괄 반응 기구를 개발하였다. 이 반응 기구는 가상의 케로신 연료가 수소와 일산화 탄소로 분해된 이후 고온 영역의 상세 산화 반응들로 구성되어 있다. 난류 연소의 LES 해석을 위하여 5차의 WENO 기법을 이용하였다. 반응 및 비 반응 유동의 난류 특성을 살펴 보았으며 리세스의 존재가 난류의 생성과 연소에 미치는 영향을 살펴보는 심화 연구를 수행하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.79-87
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• 2017

한국형발사체(KSLV-II) 개발과 함께 지구정지궤도 발사를 위해 비추력이 높은 다단연소사이클 로켓 엔진 개발이 한국항공우주연구원에서 진행되고 있다. 다단연소사이클 로켓엔진은 한국형발사체 엔진과 달리 가스발생기를 사용하는 개방형 엔진이 아니며, 크게 예연소기, 터보펌프, 주연소기로 구성되어 있 폐쇄형 엔진이다. 기술검증시제 개발용 모델(TDM0)을 조립하여 나로우주센터의 7톤급 엔진 연소시험 설비에서 연소시험이 진행되고 있으며, 기술검증시제 모델의 연소시험은 성공적으로 수행되었다. 현재 엔진 형상의 TDM1 모델 조립과 연소시험을 위한 준비과정이 진행 중이다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2001년도 제22회 KOSCI SYMPOSIUM 논문집
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• pp.163-171
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• 2001

The characteristics of NOx emission in multi fuel/air staged combustor have been experimentally studied. The design concept of multi fuel/air staged combustor is creation of two separate flame, a primary flame is act as a pilot Dame for the secondary combustion stage combustion zone, where most of fuel bums. Experiments were performed on a semi-industrial scale (thermal input 0.233 MW) in a laboratory furnace and Liquefied Petroleum Gas(LPG) was used as primary and secondary fuels. The study included parametric study to identify the optimum operating conditions which are primary/secondary fuel ratio, primary/secondary air ratio, primary swirl intensity and secondary swirl intensity for reducing NOx emission. The test demonstrated that NOx emission can be reduced by ${>}$70% in accordance with operating conditions.