• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.38.2-38.2
• /
• 2009

마이크로노즐은 우주공간에서 인공위성의 자세를 바로잡는 데 필요한 마이크로 로켓에 들어가는 필수적인 부품이다. 마이크로 노즐은 또한 나노입자 적층 시스템(nano-particle deposition system, NPDS)에 들어갈 수 있다. NPDS는 세라믹 또는 금속 나노분말 입자를 노즐을 통해 초음속으로 가속시킨 뒤 상온에서 이를 기판에 적층시키는 새로운 시스템이다. 본 연구의 목표는 NPDS에 쓰이는 노즐을 일반적인 반도체 공정을 이용하여 마이크론 스케일의 목을 갖도록 한 마이크로노즐을 제작하는 데 있다. 보쉬 공정은 이러한 마이크로노즐을 제작하는데 필수적인 공정으로, 유도결합플라즈마를 이용해 실리콘 웨이퍼를 식각시키는 기술을 말한다. 보쉬 공정에 사용되는 플라즈마 기체는 $SF_6$와 $C_4F_8$인데, 이 두 가지 기체를 번갈아가면서 사용하여 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각하는 것이 그 특징이다. 보쉬 공정에는 다양한 변수가 존재하며 이를 적절히 통제하면 마이크로노즐에 적합한 프로파일을 실리콘 웨이퍼 내에 형성시킬 수 있다. 본 연구에서는 보쉬 공정을 이용하여 3차원 마이크로 노즐을 제작하였다. 기존에 반응성이온식각(deep reactive ion etching, DRIE) 공정을 통해 마이크로노즐을 제작한 사례가 많이 보고되었지만 이들은 모두 2차원적으로 마이크로노즐을 제작하였다. 2차원적으로 제작한 마이크로노즐은 마이크로 로켓에 주로 사용되었지만, 초음속으로 가속된 분말이 노즐의 형상으로 인한 유체 흐름의 불안정성 때문에 NPDS에서는 오래도록 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 그러므로 본 연구에서는 마이크로노즐을 3차원 형상으로 제작함으로써 이러한 문제점을 해결하고자 하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.37.2-37.2
• /
• 2009

다이렉트 프린팅 방식에 대한 수요가 높아지면서 마이크로 노즐에 대한 수요도 높아지고 있다. 마이크로 노즐은 Nano particle deposition system (NPDS)에서 가장 중요한 부분으로 금속이나 세라믹 분말을 음속으로 가속시키는 역할을 한다. 또한 마이크로 노즐은 마이크로 스페이스 셔틀과 주사바늘이 없는 약물 주사 시스템 등의 많은 분야에서 사용 가능하다. 이러한 마이크로 노즐은 대부분 기계적 절삭법을 이용하여 알루미늄으로 만들어져왔다. 하지만 알루미늄으로 만들어진 마이크로 노즐은 경도가 낮아 세라믹 나노 입자를 적층하는 것에 적절치 못하며 사용가능한 수명이 짧다는 단점을 가지고 있다. 또한 가장 큰 단점으로 노즐목을 1mm이하로 제작하는 것이 어렵다는 것이다. 따라서 본 연구에서는 Si wafer를 Deep RIE 방식을 이용하여 3차원적으로 제작하였다. Deep RIE 방식 중 BOSCH process를 이용하였다. 이렇게 만들어진 마이크로 노즐은 다이렉트 프린팅 방식중 하나인 NPDS에 적용하였다. Si wafer로 만들어진 마이크로 노즐이 적용된 NPDS를 이용하여 graphite 분말을 가속하여 적층 실험을 실시하였다 이와 함께 전산 유체 역학(CFD)를 이용하여 마이크로 노즐일 이용한 초음속 가속 가능 여부를 판단하였다. 전산 유체 역학은 유한 요소법을 이용하여 유체의 거동을 시뮬레이션을 통하여 예측하는 것으로 마이크로 노즐 내에서 유체의 흐름을 예상할 수 있다. 실제 실험의 결과와 전산 유체 역학을 이용한 시뮬레이션 결과dml 비교 분석을 실시하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• v.y2005m4
• /
• pp.381-385
• /
• 2005

Recently, spacecraft technology trends can be expressed three words, i.e. 'faster, cheaper and smaller'. Among these systems, micro propulsion device is an essential component. Also micro nozzle is the most important part in the micro propulsion device. In case of cold-gas thruster, micro nozzle converts the stored energy in a pressurized gas into kinetic energy through expansion ratio. In this paper we report characteristics of micro nozzle with throat expansion ratio and ratio of specific heats. We measure thrusts using strain gauge based thrust measurement system. We can estimate the micro nozzle performance through experiments.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
• /
• v.11 no.6
• /
• pp.42-49
• /
• 2007

In this study, we analyzed flow characteristics of micro-nozzles for basic research to develop micro propulsion system. Cold gas propulsion system was used, and micro-nozzles having nozzle throat diameters of 1.0, 0.5, 0.25 mm were fabricated with EDM method. Thrust was measured through the use of plate-spring and strain gage based thrust measurement system, and flow characteristics of micro-nozzles were analyzed under ambient condition and vacuum condition. We used argon and nitrogen gases as propellant, and compared experimental results with CFD analysis. From the result, we verified the flow losses of viscosity and back-pressure caused by minimization of nozzle.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.583-586
• /
• 2017

Infrared signal measurement are conducted from a micro-turbo jet engine with different nozzle configurations. The conventional cone type, a S-shaped type with aspect ratio 5.2 and five rectangular type nozzle with different aspect ratios are used for this experiment work. The result show that infrared signal from the exhaust gas decrease as the aspect ratio increase. In case of S-shaped nozzle, the maximum infrared signal is reduced about 28.4% when compared of rectangular nozzle with aspect ratio 5(AR5).

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
• /
• v.20 no.5
• /
• pp.1-8
• /
• 2016

Micro turbojet engine test and infrared signal measurement were conducted to understand the characteristics of the engine performance and infrared signal with the variants of the exhaust nozzle configuration. A cone type nozzle and five rectangle type nozzles which has aspect ratio from one to five were used for the experimental work. The results show that there are not much difference between cone and rectangle nozzles of the thrust and specific fuel consumption. However infrared signal from exhaust gas become smaller as increasing aspect ratio.

• Journal of Sensor Science and Technology
• /
• v.6 no.1
• /
• pp.72-80
• /
• 1997

One of the concerns in micro fluidic valve designs is that of reverse direction leakage. This paper designs and fabricates a new fluidic valve to achieve zero leakage. The design uses flapper and nozzle elements. In the forward direction the working fluid pushes the flapper upward to allow flow. In the reverse direction, the flapper pushes against the orifice seat, and thus, no flow can be generated, unless the flapper or nozzle element breaks. The nozzle element fabrication involves fabricating an orifice by wet etching of (100) wafer, The flapper element fabrication involves $20{\mu}m$ deep patterning of the negative image of the flapper, followed by wet etching from backside. Flow experiments were conducted with DI water as the working fluid, and the results are compared to analytical predictions. The results show that the developed flapper-nozzle valve achieves a true diodic flow characteristic.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
• /
• 2007.11a
• /
• pp.225-228
• /
• 2007

Micro solid propellant thruster is the most feasible for development with current MEMS. Basic components of micro solid propellant thruster are diverging nozzle, micro igniter, combustion chamber, and solid propellant. Micro nozzles and micro chambers were fabricated using photosensitive glass by anisotropic wet etching technique. Micro Pt heaters on glass membrane which ignited solid propellant were developed. Components of thruster were integrated. Successful ignition was observed.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
• /
• v.33 no.5
• /
• pp.72-78
• /
• 2005

We conducted the performance test of micronozzle having nozzle throat diameter of 1.0, 0.5, 0.25 mm in an ambient pressure. We used N2 gas as a cold gas propellant. We varied chamber pressure from 2 to 20 bar and measured the thrust and mass flow rate. Through the test, we concluded that viscous losses were increased with decreasing chamber pressure. We found that micronozzle performance was higher than orifice performance through thrust comparison.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
• /
• v.7 no.2
• /
• pp.7-14
• /
• 2003

Computational work using the axisymmetric, compressible, Navier-Stokes Equations is carried out to predict the discharge coefficient of mass flow through a micro-critical nozzle. Several kinds of turbulence models and wall functions are employed to validate the computational predictions. The computed results are compared with the previous experimented ones. The present computations predict the experimental discharge coefficients with a reasonable accuracy. It is found that the standard $\kappa$-$\varepsilon$turbulence model with the standard wall function gives a best prediction of the discharge coefficients. The displacement thickness of the nozzle wall boundary layer is evaluated at the nozzle throat and is well compared to a prediction obtained by an empirical equation. The resulting displacement thickness of the wall boundary layer is about 2% to 0.6% of the diameter of the nozzle throat for the Reynolds numbers of 2000 to 20000.