• 한국항공우주학회지
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• 제38권4호
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• pp.363-368
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• 2010

고체추진제의 연소가 진행될 때, 고체상에서 액체상으로, 액체상에서 기체상으로의 상변화가 일어난다. 이 때 추진제 표면에서는 액체상, 기체상이 동시에 존재하게 된다. 액체상과 기체상의 중간에서는 액체상과 기체상의 혼합으로 인하여 거품이 형성되는데, 이 구간을 용융층(Melt Layer)이라고 한다. 용융층의 윗부분, 즉 액체상과 기체상 사이에는 연소면(Burning Surface)이 존재한다. 일반적으로 고체추진제가 연소될 때 생성되는 용융층의 두께는 1기압에서 약 1마이크론 정도이다. 본 연구에서는 물리적인 상변화 현상을 상방정식을 이용하여 액체에서 기체로의 상변화 현상을 모사하였다. 이를 통하여 연소면의 두께, 형성과 전파를 모사하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권3호
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• pp.61-67
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• 2017

본 연구에서는 VOF 기법을 이용하여 3D 그레인 형상의 연소표면적을 계산하는 프로그램을 개발하고 연소표면적 결과를 이용하여 내탄도 성능해석을 수행하였다. 연소표면적 계산 수행 시 격자 크기, 난류화염속도, 단위 계산시간을 기초로 한 매개변수의 의존성을 확인하고, 상용 3D 모델링 소프트웨어를 이용하여 산출한 면적 결과와 비교하였다. 개발 프로그램으로 산출한 연소표면적 결과를 바탕으로 고체로켓모터의 내탄도 해석을 수행하였다. 임의의 추진제 조성으로 화학평형을 계산하고 시간에 따른 연소표면적 및 모터 내부 압력을 예측하였다. 웹(web) 연소 동안 평균 압력은 5.34 MPa 으로 기존 연구 결과와 약 20%의 차이를 보였다.

• 한국추진공학회지
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• 제26권1호
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• pp.28-37
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• 2022

밀폐용기(Closed Bomb)시험을 통해 고압에서 작동하는 고체 추진제의 연소속도를 추정하는 방법을 연구하였다. CEA를 이용하여 연소가스의 조성을 계산였으며 밀폐용기 내부의 고온, 고압의 환경을 묘사하기 위해 Noble-Abel 상태방정식을 적용하였다. 분자의 부피를 고려한 분자 간의 충돌을 묘사하는 인자인 Covolume을 분자의 LJ potential을 이용하여 모델링하였다. 또한 추진제의 부피 변화율을 고려하기 위해 3차 형상함수(Cubic form function)를 적용하였다. 각 모델을 사용하여 고압용기에서 측정된 5개의 압력-시간 선도로부터 연소속도를 계산하고 이를 BRLCB 결과와 비교 검증하였다. 각 실험에서 약 6% 이내의 최대 오차를 갖는 연소속도를 추정함으로써 초고압 환경에서의 연소속도 추정 방법을 정립하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권11호
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• pp.783-789
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• 2022

최근 연구에 의하면 하이브리드 로켓의 후연소실로 유입되는 연소유동은 고주파수 와류흘림을 포함하고 있으며, 노즐 벽면과 충돌하여 대향류가 형성되며 점화지연을 동반한 추가적인 연소가 발생하는 것이 확인되었다. 본 연구는 대향류 발생에 의한 점화지연이 연소압력 맥놀이가 나타나는 원인임을 확인하려 한다. 이를 위하여 Culick이 제안한 기존의 열음향 불안정 발생에 대한 에너지 킥 모델에 점화지연 발생을 반영한 수정 모델을 제안하였고 수치계산을 통하여 점화지연의 크기 변화가 열음향 결합에 의한 연소압력 맥놀이 발생을 결정하는 중요한 인자임을 확인하였다. 또한 후연소실 길이가 증가함에 따라 실험에서 관찰된 점화지연 감소는 에너지 킥과 압력의 위상 차의 증가를 가져와 맥놀이현상인 주기적인 압력증폭이 전혀 나타나지 않는 것도 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권11호
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• pp.989-997
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• 2017

액체로켓엔진용 연소기 산화제 개폐밸브로 사용되는 밸브 개방 자체유지가능형 포핏밸브의 밸브 개방 특성을 파악하기 위해 밸브 개방 과정에서의 과도 응답 특성에 대한 연구를 수행하였다. 수치해석을 위해 구동가스 공급시스템을 하나의 오리피스로 모델링하고 밸브 행정 위치 및 구동압력 조건에 따라 밸브 무빙파트의 운동방정식을 유도하였다. 상온 및 연소시험에서의 밸브 작동 시험결과와 계산 결과의 비교를 통해 계산 결과의 신뢰성을 검증하였으며, 본 연구의 실제적인 적용 예로써 높은 구동압력에서의 밸브 개방 속도 조절을 위한 오리피스 적용 사례를 소개하였다.

• 한국연소학회지
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• 제3권1호
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• pp.21-29
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• 1998

Mathematical modeling of combustion characteristics in HVOF thermal spray processes was carried out on the basis of equilibrium chemistry. The main objective of this work was the development of a computation code which allows to determine chemical composition of combustion products, adiabatic flame temperature, thermodynamic and transport properties. The free energy minimization method was employed with the descent Newton-Raphson technique for numerical solution of systems of nonlinear thermochemical equations. Adiabatic flame temperature was calculated by using a Newton#s iterative method incorporating the computation module of chemical composition. The performance of this code was verified by comparing computational results with data obtained by ChemKin code and in the literature. Comparisons between the calculated and measured flame temperatures showed a deviation less than 2%. It was observed that adiabatic flame temperature augments with increase in combustion pressure; the influence was significant in the region of low pressure but becomes weaker and weaker with increase in pressure. Relationships of adiabatic flame temperature, dissociation ratio and combustion pressure were also analyzed.

• 한국추진공학회지
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• 제15권4호
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• pp.57-64
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• 2011

펄스 데토네이션 엔진에서와 같이 탄화수소를 연료로 하는 데토네이션 파는 강한 불안정성을 가지며 난류 연소 효과를 고려한 연구를 수행하여야 함이 제시된 바 있다. 본 연구에서는 강한 불안정성을 가지는 데토네이션 파의 구조를 이해하기 위하여 비점성 해석, 점성 해석, 난류 모델 및 간단한 난류 연소 모델을 고려한 수치 해석 연구를 수행하였다. 모델링 수준에 따른 연구를 통하여 점성 및 난류는 저주파 특성에는 거의 영향이 없으나, 고주파 특성을 강화하는 경향이 있는 것으로 보인다. 한편, 데토네이션 연구를 위한 난류-연소 상호 작용 모델에는 활성화 에너지의 영향이 고려되어야 하는 것으로 여겨진다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.121-125
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• 2010

본 연구에서는 추진기관의 내탄도 성능을 이론적으로 예측하는 방법 중 가장 중요한 정확도를 가늠하는 그레인 형상 및 시간변화에 따른 연소표면적 및 변화량을 산출하는 알고리즘을 구성하였으며, 구현된 프로그램에 의해 계산된 값을 모델링 프로그램에서 산출된 값과 비교하여 신뢰성을 확인하였다. 알고리즘의 기본 개념은 추진제 그레인 형상을 단면방향과 길이방향으로 요소화하여 각 요소가 시간증분에 따라 좌표 이동하여 연소현상을 표현하였으며, 이렇게 구현된 프로그램은 내탄도 해석에 활용할 수 있는 충분한 가능성을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.565-568
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• 2010

가스 발생기의 유량을 조절하기 위한 압력제어 법칙을 제안하였다. 고체 연료의 연소속도 모델과 가스발생기의 연소가스 보존방정식을 이용하여 내부 압력에 관한 동적 모델링을 하였고, 모델의 타당성을 검증하기 위하여 내탄도 해석 및 시험결과와 비교하였다. 비교 결과 모델은 연소압력을 매우 정확히 모의할 수 있는 모델임이 밝혀졌고, 같은 모델을 이용하여 고전 제어기법을 적용하여 제어 가능성과 문제점을 시뮬레이션을 통해 식별하였다. 고전 제어기가 보여준 시변 시스템에서의 성능저하를 극복하기 위하여 비선형 적응형 제어 기법을 제안하였으며, 수치 시뮬레이션 결과 우수한 추종 성능을 보였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.369-374
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• 2010

본 연구에서는 가스 연료와 공기 혼합물 내 압력파에 의해 유도되는 화염 가속과 연소폭발천이 현상을 수치적 계산을 통하여 살펴본다. 실험에 기반을 둔 초기 조건 하에서 점성력, 열전단, 몰질량 확산, 그리고 화학 반응을 고려한 reactive compressible Navier-Stokes 방정식을 사용하여 계산을 수행하였다. 반복되는 압력파와 화염의 상호 작용에 의해 발생되는 화염의 Richtmyer-Meshkov (RM) 불안정성에 의해 증가된 화염면을 통하여 생기는 hot spot들에 의한 폭굉의 발생을 모델링하였다. 또한 압력파의 강도 변화에 따른 연소폭발천이 현상의 변화를 살펴보았다.