• 한국항공우주학회지
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• 제38권12호
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• pp.1240-1246
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• 2010

내경 1.5 mm, 외경 4.8 mm를 갖는 엔탈피 탐침을 설계 제작하고, 17 kW급 비이송식 직류 아크히터로부터 나오는 고엔탈피 Ar 아크 플라즈마 유동의 중심축을 따라 삽입하면서 탐침 첨두가 파괴될 때까지 온도와 속도를 측정하였다. 이 실험으로부터, 설계된 엔탈피 탐침은 대기압 조건에서 최대 12,000 K 의 온도와 600 m/s 의 속도를 갖는 고엔탈피아크 플라즈마 유동장에 대해 탐침 첨두의 파괴 없이 동작할 수 있음을 관찰하였다. 탐침첨두에서 형성되는 비압축성 열경계층 및 열속 방정식으로부터 이 경우의 아크 플라즈마 유동은 약 ${\sim}5{\times}10^7\;W/m^2$의 열속 부하를 전달한 것으로 추측되었다. 이로부터, 설계된 엔탈피 탐침은 $0{\sim}5{\times}10^7\;W/m^2$의 열속 범위 내에서 다양한 형태의 아크히터로부터 발생되는 넓은 범위의 플라즈마 온도, 속도 및 농도를 동시에 측정할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제43회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.150-150
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• 2012

본 연구에서 개발된 Enhanced huels형 플라즈마 발생장치는 초음속 공기 플라즈마 환경에 대한 열 보호 물질의 개발과 시험평가를 위한 지상 시뮬레이션 시험을 목적으로 개발되었다. Enhanced Huel형 플라즈마 토치는 고출력에도 불구하고 전극 부식에 의한 오염도를 최소화할 수 있고, 일반적인 직류 토치로는 얻을 수 없는 초고엔탈피 플라즈마 열유동을 얻을 수 있는 특징이 있다. 구축된 장치는 최대 직류 전력 1,200 kW까지의 출력 제공이 가능한 DC 전원과 플라즈마 토치, 플라즈마의 진단계측 및 재료 시험 수행이 가능한 진공쳄버, 플라즈마를 기체로 회복시켜주기 위한 디퓨저, 디퓨저를 빠져나오는 초고온 열 유동으로부터 열을 제거하기 위한 열교환기, 쳄버 전체의 압력을 제어하기 위한 진공 장치, 후처리 시스템, 가스 공급부 시스템, 냉각수 공급 시스템으로 구성되어 있다. 또한 플라즈마 진단계측장비로는 enthalphy 측정시스템과 각 종 열유속 측정 탐침기, pyrometers, 분광계, 적외선 카메라, 고속 카메라를 갖추고 있다. 시운전 결과 토치 공급전력 412 kW, 공기공급 12.31 g/s , 토치 내부압력 4.14 bar의 운전조건에서 62%의 효율로 플라즈마 엔탈피 16.7 MJ/kg의 성능을 얻었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.222.1-222.1
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• 2016

전북대학교 고온플라즈마응용센터에 구축된 0.4 MW 급 분절형 아크 가열 풍동은 초음속 비행과 우주 비행체의 지구 재진입 조건에서의 유사한 환경 모사가 가능하다. 극한상황에서의 고엔탈피 플라즈마 유동은 내열재료의 삭마 거동 연구와 고온재료의 성능평가에 중요한 역할을 수행 할 수 있다. 이러한 고엔탈피 초음속 플라즈마 유동장의 플라즈마 특성 평가 및 진단은 플라즈마와 내열재료의 상호작용 연구에 중요한 변수를 갖는다. 이를 위해 열유속 탐침, 쐐기 탐침, 고속 카메라 및 광분광기 등의 측정장비를 사용하여 열유속, 초음속 플라즈마의 속도, 플라즈마의 방전특성을 관찰하였다. 본 실험에서 사용된 분절형 아크 토치는 마하 3의 속도 유지하기 위해 토치 내부 압력 4 bar, 반응기 압력 40 mbar를 유지하였다. 토치에 공급되는 Ar(5%)+Air(95%)의 방전기체의 유량은 15 g/s 로 토치에 주입 되었다. 또한, 플라즈마 토치에 가해지는 입력전류는 200A ~ 350A로 10MJ/kg 이상의 엔탈피를 갖는 초음속 플라즈마 유동을 형성하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.194-195
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• 2013

초음속 공기 플라즈마 환경을 모사할 수 있는 0.4 MW급 Enhanced Huels형 초음속 공기 플라즈마 발생 장비가 2012년에 전북대학교에 설치 완료되었다. 초음속 공기 플라즈마 시험장비는 대기권으로 reentry 할 수 있는 비행체의 열차폐체 시험평가를 주목적으로 개발되었으며, 핵융합장치용 고온 내열체 소재개발에도 활용될 예정이다. 분절형 아크 플라즈마 토치는 전극부식에 의한 오염도를 적으면서 고출력의 안정적인 플라즈마를 발생시키며, 일반적인 직류 토치로는 얻을 수 없는 초고엔탈피 플라즈마 열유동을 얻을 수 있는 특징이 있다. 구축된 장비는 최대 직류 출력 1,200 kW의 DC 전원공급장치, 0.4 MW급의 분절형 아크 플라즈마 토치, ${\phi}1.5m{\times}2m$ 크기의 진공쳄버, 1 MW의 냉각 능력을 갖춘 디퓨저와 열교환기, 진공 용량 $100m^3$/min의 진공펌프 9대, 88 g/s의 공기유량에서 NOx를 50,000 ppm에서 100 ppm으로 저감할 수 있는 후처리 시스템, 4 bar 15 g/s의 공기를 공급할 수 있는 가스 공급장치, 30 bar 600 lpm의 저전도수와 4 bar 560 lpm의 일반수를 공급할 수 있는 냉각수 공급장치로 구성되어 있다. 초음속 공기 플라즈마의 발생 특성을 시험하기 위해 플라즈마 발생 조건으로 토치공급전력 350 kW와 410 kW, 토치 공기 공급 유량 16.3 g/s, 토치 내부압력 3.9~4.2 bar, 챔버압력 40 mbar으로 시험을 수행하였다. 발생된 플라즈마 상태를 진단하기 위해 속도는 쇄기 탐침기, 열유속은 Gardon 게이지, 엔탈피와 토치 효율은 토치의 공급전력과 냉각수에 의한 손실 전력으로 각각 측정하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권9호
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• pp.700-707
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• 2013

0.4 MW 급 분절형 아크 히터를 장착한 전북대학교 플라즈마 풍동의 초음속 유동 특성 실험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 실험에 사용된 분절형 아크 히터와 초음속 노즐은 16.3 g/s 의 질량유량에 대해 전극 당 150 A, 전체 300 A의 입력전류 조건으로 운전되었으며, 운전 결과 350 kW의 입력전력과 약 51.4 %의 열효율이 계측되었다. 이 때, 아크 히터 내 고엔탈피 플라즈마의 내부압력은 약 4 bar 로 측정되었으며, 이를 초음속 노즐을 통해 압력 45 mbar로 유지되는 진공쳄버 내로 팽창시킴으로써, 전체 엔탈피 11 MJ/kg을 가진 초음속 플라즈마 유동을 얻을 수 있었다. 전체 엔탈피 측정과 함께, 생성된 초음속 플라즈마 유동에 대해 원뿔각 $30^{\circ}$를 가진 원뿔 탐침을 삽입하여 경사 충격파와 이루는 각을 측정하였으며, 이 측정값들로부터, 발생된 초음속 플라즈마의 온도와 마하 수는 각각 약 2,950 K 및 약 3.7에 이를 것으로 예상되었다.