• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.68-71
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• 2010

극심한 고온 및 고압 환경에 노출되기 쉬운 항공우주 구조물에서 발생하는 기계적 삭마 현상을 해석하기 위하여 영역/경계 분할법을 적용한 삭마 해석 모델을 제안하였다. 영역 및 경계는 상변화 현상에 의한 비선형 거동을 하는 삭마 부영역과 선형 거동을 하는 선형 열탄성 부영역, 공유면, 경계 공유면으로 분할하였다. 삭마 재료 내부의 열분해 반응은 엔탈피 방법을 이용하였으며, 표면 침식 반응은 공기역학적 전단 응력과 삭마 재료의 전단 강도를 기반으로 매칭 기법을 이용하였다. 화학적 및 열적 삭마는 고려하지 않았으며, 간단한 수치 해석을 통해서 기본적인 기계적 삭마 특성을 분석하였다.

• 한국우주과학회:학술대회논문집(한국우주과학회보)
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• 한국우주과학회 2003년도 한국우주과학회보 제12권2호
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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.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제24회 춘계학술대회논문집
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• pp.119-122
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• 2005

고온과 고속의 열악한 환경 속에서 발생하는 비행체의 삭마현상은 일반적으로 상변화를 수반하는 유체의 유동, 에너지 전달, 질량전달, 화학반응이 수반되기 때문에 해석과정이 복잡하다. 본 연구에서는 액체로켓엔진의 흑연노즐에 대하여 1차원적으로 삭마현상을 수치해석하고, 실험을 통하여 이를 비교 검토하였다. 낮은 연소압력과 산화제/연료비에서는 삭마가 거의 이루어지지 않았으며, 연소압력과 혼합비가 낮은 경우에는 해석결과의 신뢰도는 낮고 정상작동 구간에서의 해석결과와 실험결과가 차이가 많은 것으로 보아 화학적 삭마 외에 기계적 삭마도 상당하다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권1호
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• pp.1-8
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• 2011

이차원 구조물의 열응력 및 기계적 삭마 과정 해석을 위하여 영역/경계 분할법에 근거한 유한요소법을 적용하여 열구조 연계 정식화를 수행하였다. 삭마 재료 거동의 온도 의존성과 열분해 반응으로 인한 재료 비선형성 및 열복사와 같은 비선형 경계 조건을 일부 부영역과 공유면에 한정할 수 있다. 문제를 단순화하기 위해 열화학적 삭마 효과는 고려하지 않았으며, 기계적 삭마에 따른 표면 후퇴 판정 기준으로 열응력 해석을 통한 최대 면내 전단 응력을 선택하였다. 간단한 수치 실험을 수행하여 제안된 기법의 신뢰성에 대한 분석과 기계적 삭마 과정의 기본적인 경향을 파악하였다.

• Composites Research
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• 제26권5호
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• pp.309-314
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• 2013

소량의 CNT 나노입자를 함유한 CNT-페놀 복합재료를 제조하여 삭마 효과를 확인하였다. CNT 함량을 0.1 wt%에서 0.3 wt%까지 증가시킴에 따른 인장, 압축 강도를 평가하고 삭마 저항성에 대한 차이를 분석하였다. 산소와 등유를 혼합하여 화염 발생시켜 재료의 삭마 효과를 평가하였다. FE-SEM을 이용하여 삭마 실험 이후 발생된 시편의 미세 구조 변화를 확인하였다. CNT 함유 정도에 따른 TGA 열분석을 시도하여 열적 안정성을 평가하였다. 0.3wt% CNT-페놀 복합재료가 일반 페놀 수지 및 0.1 wt% CNT-페놀 복합재료보다 삭마율이 낮았다. 삭마에 따른 재료 변화 메커니즘을 규명하기 위해 TGA 분석 결과와 FE-SEM을 이용한 미세 구조 결과를 분석하였다. 고열의 화염을 이용한 삭마 실험을 통해 시편 내부의 CNT 입자가 존재하는 미세구조를 확인할 수 있었다. 수지 내부에 균일하게 분산된 CNT 입자의 역할이 내삭마성을 증가시키는 결과를 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제14권5호
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• pp.32-44
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• 2010

고체 추진기관 노즐의 2차원 열반응 및 삭마 해석 코드를 활용하여 노즐 부품의 숯 및 삭마현상을 연구하였다. Arrhenius 식을 이용한 내부 열분해 모델 상수는 TGA(열중량분석기) 실험으로 얻었다. 탄소와 $H_2O$, $CO_2$의 산화반응에 의한 화학적 삭마는 Zvyagin이 제안한 삭마모델 과 반응속도 상수를 이용하여 해석을 수행하였다. 삭마에 의한 경계조건 및 격자 이동은 상용해석 프로그램인 MSC-Marc-ATAS에서 적용되는 Rezoning-remeshing 기법을 사용하였다. 해석된 숯 및 삭마 두께는 연소시험 결과 값과 최대 20% 오차를 보였다. 향후 열방호 시스템의 성능을 모사하기 위하여 내부 온도 및 열유속을 실시간 측정하면 3차원 FEM 통합 열구조 해석에 적용될 것으로 기대된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2000년도 제14회 학술강연논문집
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• pp.21-21
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• 2000

통상적으로 액체로켓의 노즐은 재생냉각에 의해 고온의 연소가스로부터 보호된다. 그러나 재생냉각의 경우, 시스템에 상당한 투자가 요구되며, 잦은 엔진 결함의 원인을 제공하기도 한다. 최근 들어 액체로켓에 재생냉각을 사용하지 않고, 연소실과 노즐 보호를 위해 삭마재료가 사용되고 있다. 노즐재료에 대한 삭마량과 삭마형상 연구를 위해 500회 이상의 연소실험이 수행되었다. 그러나 연소실험을 통한 삭마특성은 전혀 예측할 수 없는 방향으로 진행되고 있으며, 실험에 사용된 액체로켓의 작동범위가 실제 로켓과 거의 유사하다는 것을 감안한다면, 삭마재질을 로켓에 적용하기 위해서는 상당한 주의가 필요할 것으로 판단된다. 실험변수는 추진제의 공급 순서, 인젝터의 형상, 점화기의 위치, 그리고 액체산소의 공급온도이다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
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• pp.141-143
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• 2006

추진기관 노즐 삭마에 대한 연구 결과를 보면 이 삭마라 불리는 현상에는 융삭(Ablation), 기계적 침식(Erosion), 그리고 화학적 부식(Corrosion)의 3가지 형태로 일어난다고 알려져 있다. 또 이 3가지 현상은 각각 작동 원으로 열전달 계수, 전단력, 화학적 농도 구배 등을 사용하여 표현 할 수 있다. 이 3가지 현상에 대하여 상관관계를 상사 해석 방법을 채택하고, 노즐 내벽의 가스 유속 즉 마하수를 노즐 형상(위치)의 함수로 표시하고 보면 총 삭마 현상을 각각의 현상의 크기를 비교해 볼 수 있다. 이 비교를 통하여 상호 크기를 비교해 본다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.565-569
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• 2011

고체추진기관의 연소 환경에서 노즐 조립체의 온도, 삭마두께를 고려한 2차원 축대칭 열구조 해석을 하였다. 복합재료의 내부 열반응은 Arrhenius 모델을 이용하였으며, 표면 삭마반응은 Zvyagin 이론을 사용하였다. 표면 삭마에 의한 경계조건 및 격자 이동은 상용해석 코드에서 활용되는 Rezoning-remeshing 기법을 사용하였다. 형상이 복잡한 부품으로 이루어진 2차원 축대칭 노즐 조립체에 적용된 방법은 향후 3차원 FEM 열구조 해석에 활용을 목표로 발전될 것이다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제34회 춘계학술대회논문집
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• pp.113-122
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• 2010

고체추진기관의 연소 환경에서 복잡한 형상을 갖는 내열 복합재료의 온도, 밀도분포 및 삭마두께를 예측할 수 있는 방법을 개발하였다. 복합재료의 내부 열반응은 Arrhenius 모델을 이용하였으며, 표면 삭마반응은 Zvyagin 이론을 사용하였다. 표면 삭마에 의한 경계조건 및 격자 이동은 상용해석 코드에서 활용되는 Rezoning-remeshing 기법을 사용하였다. 형상이 복잡한 부품으로 이루어진 2차원 축대칭 노즐 조립체에 적용된 방법은 향후 3차원 FEM 열구조 해석에 활용을 목표로 발전될 것이다.