• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
• /
• v.30 no.2
• /
• pp.98-107
• /
• 2002

An experimental and numerical study of aerodynamic charateristics of KSR-III and jet impingement on a deflector during launch has been conducted. To investigate aerodynamic characteristics of KSR-III configuration, wind tunnel tests using 6.4% scale model were performed by 4x4 feet ADD trisonic wind tunnel on the Mach number range of 0.4~3.8. Solutions of Three dimensional Euler equations were also obtained and compared with test result. For the study of KSR-III jet impingement flowfield on a deflector during launch operation, unsteady computation using CFD-FASTRAN was performed.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 2003.05a
• /
• pp.244-245
• /
• 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.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 1999.04a
• /
• pp.4-4
• /
• 1999

최근 충남대에서는 다양한 추진제와 연소 조건으로 액체로켓 연소 실험이 진행되고 있으며 그에 비례하여 많은 사고들이 발생하고 있다. 한 예로 GO$_2$/kerosene을 추진제로 하는 노즐삭마 시험용 로켓엔진(추력 1001bf, 연소실 압력 600psia) 개발 중에 화염이 인젝터면에 형성되어 인젝터면을 손상시키는 사고를 여러 번 경험하게 되었다. 본 연구는 인젝터 손상의 원인을 규명하여 안정적인 인젝터 설계에 도움을 주기 위한 목적으로 실험용 동축 인젝터를 제작하여 화염 부상 특성을 실험적으로 연구하였다. 사용된 인젝터는 연료인 Kerosene을 접선형 선회기로부터 90$^{\circ}$의 원뿔 각을 가지고 분무되도록 설계하였으며, 그 주위로 산하제인 GO$_2$가 연소실의 축방향에 수평하게 분무되도록 설계하였다. 2-유체 동축 인젝터의 난류 확산 화염에서 연료와 산화제의 혼합은 화염 특성을 결정하는 주요 변수이므로 인젝터로부터 분무되는 추진제간의 유량을 변화시켜 화염 부상 특성을 연구하였다.

• Proceedings of the Korea Institute of Fire Science and Engineering Conference
• /
• 2013.04a
• /
• pp.173-174
• /
• 2013

액체로켓 시험설비는 다량의 연료를 사용하므로 사고 발생의 가능성이 높다. 또 발생 가능한 폭발/화재 사고는 과도한 폭발과압 및 화염구로 인해 많은 손실을 가져 올 수 있다. 이에 액체로켓엔진 시험설비에서 발생 할 수 있는 사고의 유형 및 손실 정도에 대해서 연구 하였다. 본 문서에서는 액체로켓 시험설비에서 발생 할 수 있는 폭발 및 화재에 적합한 방재 방법에 관한 내용을 담고있다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 2006.11a
• /
• pp.237-240
• /
• 2006

Hybrid propulsion systems provide many advantages in terms of stable operation and safety. However, classical hybrid rocket motors have lower fuel regression rate and combustion efficiency compared to solid propellant rocket motor. Accordingly, the recent research efforts are focused on the improvement of engine efficiency and regressionrate in the hybrid rocket engine. The present study has numerically investigated the combustion processes and the flame structure in the hybrid rocket engine. The turbulent combustion is represented by the flamelet model and Low Reynolds number $k-{\varepsilon}$turbulent model is employed to reduce the uncertainties for convective heat transfer near solid fuel surface having strong blowing effect. Numerical results suggest that the present approach is capable of realistically simulating the combustion characteristics of the hybrid rocket engines.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 2010.05a
• /
• pp.150-155
• /
• 2010

Liquid rocket injectors play crucial roles on propulsive performance, combustion stability, and heat transfer characteristics. Nevertheless, their developments have mainly relied on empirical methods and expensive hot-firing tests due to lack of fundamental understanding of high pressure combustion phenomena in the near-injector regions. The present study was motivated by recent efforts to develop reliable modeling of liquid rocket combustion. The turbulent combustion model based on the flamelet concept has been extended to take into account real-fluid behaviors occurred at supercritical pressures, and validated against measurements for a cryogenic nitrogen injection, a non-premixed turbulent jet flame at atmospheric pressure, and a LOx/$GH_2$ coaxial shear injector at a supercritical pressure.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
• /
• v.44 no.4
• /
• pp.333-342
• /
• 2016

Liquid rocket propulsion is a system that produces required thrust for satellites and space launch vehicles by using chemical reactions of a liquid fuel and a liquid oxidizer. Monomethylhydrazine/dinitrogen tetroxide, liquid hydrogen/liquid oxygen and RP-1/liquid oxygen are typical combinations of liquid propellants commonly used for the liquid rocket propulsion system. The objective of the present study is to investigate useful design and performance data of liquid rocket engine by conducting a numerical analysis of thermochemical reactions of liquid rocket propellants. For this, final products and chemical compositions of three liquid propellant combinations are calculated using equilibrium constants of major elementary equilibrium reactions when reactants remain in chemical equilibrium state after combustion process. In addition, flame temperature and specific impulse are estimated.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 2011.11a
• /
• pp.313-316
• /
• 2011

This paper investigates CFD investigation on single phase supersonic nozzle flow and 2-phase subson ic flow prior to rocket nozzle supersonic 2-phase flow with water injection within the flame deflector. Numerical results of supersonic nozzle single phase flow showed no notable unrealistic behavior as it captures the usual shock cell structures. Three-dimensional 2-phase flow analysis has also been performed to verify whether the approach can grab the droplet behavior during cooling by water injection. It is expected these basic studies will enhance the cooling problem analysis of supersonic 2-phase rocket plume in the future.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 2010.11a
• /
• pp.85-88
• /
• 2010

This study has been mainly motivated to numerically model the supercritical mixing and combustion processes encountered in the liquid propellant rocket engines. In the present approach, turbulence is represented by the extended $k-{\varepsilon}$ turbulence model. To account for the real fluid effects, the propellant mixture properties are calculated by using SRK (Souve-Redlich-Kwong) equation of state. In order to realistically represent the turbulence-chemistry interaction in the turbulent nonpremixed flames, the flamelet approach based on the real fluid flamelet library has been adopted. Based on numerical results, the detailed discussions are made for the real fluid effects and the precise structure of gaseous methane/liquid oxygen coaxial jet flame.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 2006.05a
• /
• pp.279-282
• /
• 2006

Experiments in low strain rate methane-air counterflow diffusion flames diluted with $CO_2$ have been conducted to investigate the flame extinction behavior and edge flame oscillation The critical mole fraction at flame extinction is examined in terms of velocity ratio and global strain rate. Onset conditions of the edge flame oscillation and the relevant modes are also provided with global strain rate. It is observed that flame length is intimately relevant to lateral heat loss, and this affects flame extinction and edge flame oscillation considerably. Edge flame oscillations are categorized into three: a growing-, a decaying-, and a harmonic-oscillation mode.