• 한국추진공학회지
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• 제19권3호
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• pp.39-46
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• 2015

로켓 플룸에 냉각수 분사하여 일산화탄소 재연소와 질소산화물 생성 과정을 포함한 유동장의 변화를 전산 해석하였다. 연구 결과 플룸에 분사된 냉각수는 질소산화물 생성을 억제하고 CO 재연소를 촉진시켰다. 그러나 냉각수 분사 방식에 따라 그 효과는 달랐다. 냉각수를 플룸의 측면에서 분사할 경우 질소산화물 생성은 크게 억제하였지만, 일산화탄소 재연소는 약간 증가하였다. 반면에 냉각수를 플룸 중심과 측면에서 동시에 분사하는 경우 질소산화물 생성의 억제와 일산화탄소 재연소를 크게 촉진시켰다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.1135-1139
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• 2017

화염 내 화학종의 공간적 분포는 화염의 구조 및 연소 특성을 이해하는데 중요한 지표가 되며, 그 계측을 위해 발광분광법 (Optical emission spectroscopy)은 간단하고 비침투적인 진단 방식으로 인해 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 측정 line-of-sight 방향의 공간 분해 계측 목적으로 개발된 발광분광기를 이용한 로켓 플룸 내 화학종 (OH radical) 분포 계측의 가능성을 제시하였다. 발광분광기의 측정 신호로부터 바닥 상태의 화학종 농도를 예측하기 위해 화염 내 열적 여기와 화학적 여기 기작을 고려하였으며, 열적으로 여기된 종에 대해서 열적 평형 상태를 가정하였다. 또한 발광분광기의 공간 분해 성능 및 공간에 따른 수광 특성을 보정하기 위한 방법론을 제시하였다.

• 항공우주기술
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• 제13권1호
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• pp.63-69
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• 2014

다단연소사이클 로켓엔진 개발의 일환으로 산화제 과잉 예연소기의 단독 연소시험이 수행되었다. 산화제 과잉 연소라는 특성상 비교적 투명한 상태의 후류를 볼 수 있었고, 예연소기 연소시험 중 배출되는 화염을 일반 캠코더와 열화상 캠코더를 이용하여 촬영하였으며, 이를 통해 화염의 형태와 온도분포 등을 관찰할 수 있었다. 배기 플룸 구조와 특성을 좀 더 명확히 파악하기 위하여 열유동 수치해석이 함께 수행하였다. 연소는 고려하지 않았으며, 배기가스와 주변공기의 혼합은 화학종 수송 모델을 사용하였고, 서로 다른 난류 모델을 적용하여 해석을 수행하였다. 시험과 해석 결과를 비교함으로서 플룸의 내부구조를 파악하였고, 적용된 해석모델의 타당성을 검증할 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.321-324
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• 2011

지상연소시험용 소형 액체로켓엔진 초음속 노즐의 성능해석을 위하여 노즐내 유동특성 및 플룸 구조를 $k-{\omega}$ SST모델을 사용한 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식으로 해석하였다. 해석기법의 검증을 위하여 2차원 축소-확대 노즐 초음속 유동의 해석값과 실험치를 비교하고, 검증된 기법으로 2차원 축대칭 노즐의 성능해석을 수행하였다. 그 결과 노즐 내부에 유동박리 및 역류현상의 발생이 확인되었으며, 이 해석결과는 소형 액체로켓엔진 노즐 최적설계에의 기초자료로 제시되었다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2004년도 춘계 학술대회논문집
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• pp.146-153
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• 2004

The Numerical study has been carried out to investigate the effects of chemical reaction and thermal radiation on the rocket plume flow-field at various altitudes. The theoretical formulation is based on the Navier-Stokes equations for compressible flows along with the infinitely fast chemistry and thermal radiation. The governing equations were solved by a finite volume fully-implicit TVD(Total Variation Diminishing) code which uses Roe's approximate Riemann solver and MUSCL(Monotone Upstream-centered Schemes for Conservation Laws) scheme. LU-SGS (Lower Upper Symmetric Gauss Seidel) method is used for the implicit solution strategy. An equilibrium chemistry module for hydrocarbon mixture with detailed thermo-chemical properties and a thermal radiation module for optically thin media were incorporated with the fluid dynamics code. In this study, kerosene-fueled rocket was assumed operating at O/F ratio of 2.34 with a nozzle expansion ratio of 6.14. Flight conditions considered were Mach number zero at ground level, Mach number 1.16 at altitude 5.06km and Mach number 2.9 at altitude 17.34km. Numerical results gave the understandings on the detailed plume structures at different altitude conditions. The diffusive effect of the thermal radiation on temperature field and the effect of chemical recombination during the expansion process could be also understood. By comparing the results from frozen flow and infinitely fast chemistry assumptions, the excess temperature of the exhaust gas resulting from the chemical recombination seems to be significant and cannot be neglected in the view point of performance, thermal protection and flow physics.

• 한국전산유체공학회지
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• 제9권3호
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• pp.18-25
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• 2004

Multi plume effects on the base heating have been Investigated with a CFD program. As the flight altitude increases, the plume expansion angle increases regardless of the single or clustered engine. The plume interaction of the clustered engine makes a high temperature thermal shear in the center of four plumes. At low altitude, the high temperature shear flow stays in the center of plumes, but it increases up to engine base with the increasing altitude. At high altitude, the flow from plume to base and the flow from base into outer free stream are supersonic, which transfers the high heat in the center of plumes to the base region. The radiative heat of the clustered engine varies from 220 kW/m² to 469 kW/m² with increasing altitude while those of the single engine are 10 kW/m² and 43.7 kW/m². And the base temperature of the clustered engine varies from 985K to 1223K, and those of the single engine are 483K and 726K. This big radiative heat of clustered engine can be explained by the active high temperature base flow and strong plume interactions.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 1999년도 추계 학술대회논문집
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• pp.71-76
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• 1999

The base flow regions of a three-body sounding rocket containing multiple exhaust plumes were numerically investigated in three dimensions for a free stream Mach number of 2.7 at flight altitude 18.5 km. The flowfields were calculated using the full compressible Navier-Stokes equations with an one-equation turbulence model of Baldwin-Earth. The present calculations were executed based upon a chemically frozen, single perfect gas model assumption. Due to the symmetry of the three-body rocket of each single nozzle, only one fourth of the computational domain was considered for the analysis. The results indicate that a babe heating effect is not considerable due to the small expansion of the plumes. In the base, however, a low speed recirculating flow dominates the region.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 1999년도 추계 학술대회논문집
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• pp.65-70
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• 1999

Radiative heating of a liquid rocket base plane due to plume emission is numerically investigated. Calculation of flow and temperature fields around rocket nozzle precedes and thereby realistic plume shape and temperature distribution inside the plume are obtained. Based on the calculated temperature field, radiative transfer equation is solved by discrete ordinate method. The averaged radiative heat flux reaching the base plane is about $5kW/m^2$ at the flight altitude of 10.9km. This value is small compared with radiative heat flux caused by constant-temperature (1500K) plume emission, but it is not negligibly small. At higher altitude (29.8km), view factor between the babe plane and the exhaust plume is increased due to the increased expansion angle of the plume. Nevertheless, the radiative heating disappears since the base plane is heated to high temperature (above 1000K) due to convective heat transfer.

• 한국추진공학회지
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• 제17권5호
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• pp.10-17
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• 2013

로켓의 노즐 외부에서 형성되는 플룸으로 인하여 발사 위치나 비행궤적이 노출 될 수 있는데, 본 논문에서는 플룸을 감소시킬 수 있는 고체 추진제의 후연소 반응 억제제에 대하여 연구 결과를 제시하였다. 후연소 방지제가 무연계 고체추진제의 내탄도 성능과 일차 연기에 미치는 영향을 분석하였으며, 후연소 반응 방지제로 $K_2SO_4$를 1.1% 적용하여 후연소 반응이 크게 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한 $K_2SO_4$의 함량이 증가하면 압력지수가 미세하게 증가하며, 1차 연기의 발생량도 증가하므로 1.1% 이하를 사용해야 AGARD 기준으로 1차 연기 A등급에 부합되는 것으로 분석되었다.

• 한국음향학회지
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• 제39권4호
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• pp.364-370
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• 2020

우주 발사체의 초음속 플룸으로부터 발생하는 고강도 소음은 발사체에 음향하중으로 작용하여 전장품이나 탑재 위성의 오작동 및 고장을 유발한다. 음향하중을 발생시키는 로켓/제트소음의 예측은 초음속 난류 유동(소음원) 예측을 위한 전산유체해석과 음향(소음 전파) 해석이 결합된 모델이 주로 사용된다. 이때, 유동해석 시 계산영역 경계면에서 발생하는 반사파 아티팩트를 제거하기 위해 경계조건 외에 추가적으로 흡수층(sponge layer)과 같은 모델링이 적용된다. 하지만, 해석 대상에 따라 흡수층의 파라미터 최적화 연구가 선행되어야 하고 더 큰 계산 영역을 필요로 하기 때문에, 이는 해석시간 증가의 주요 요인이 된다. 이에 본 논문에서는 계산효율을 증대시키기 위해 흡수층 대신 유동해석 결과에 존재하는 반사파 아티팩트를 두 개의 마이크로폰 기법을 기반으로 하여 제거하는 방법을 처음으로 제안하고, 이를 실제 소형 초음속 제트소음 해석 결과에 적용하였다.