• 한국항공우주학회지
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• 제31권8호
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• pp.77-84
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• 2003

액체로켓용 터보펌프 터빈 블레이드-디스크의 구조 및 진동 해석이 설계점에서의 구조 강도 및 동특성을 고찰하기 위하여 수행되었다. 터보펌프의 높은 회전 속도로 인하여 구조 해석시 원심력 영향이 주의깊게 고려되었다. 극심한 온도 분포에 따른 열하중 또한 터빈 블레이드-디스크에 작용하는 외부하중으로 고려되었다. MSC/NASTRAN DMAP Alter를 이용한 3차원 유한요소법이 주기 대칭 구조 해석에 적용되었다. 회전 속도에 따른 구조 동특성의 고찰을 위하여 블레이드간 위상차가 고려되었다. 수치해석을 통하여 원심력과 열하중이 터빈 블레이드-디스크에 미치는 영향을 고찰하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제2권1호
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• pp.35-42
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• 1999

The present experimental study is focused on the application of multi-point simultaneous measurement by PIV(Particle Image Velocimetry) to rotor-stater region within centrifugal turbine pump. Six different kinds of rpm(120, 500, 1000, 1500, 2000 and 2500) are selected as experimental condition. Optimized cross correlation identification to obtain velocity vectors is implemented with direct calculation of correlation coefficients. Fine optical setup concerned with PIV performance is arranged for the accurate PIV measurement of high-speed complex flow. The instantaneous and time-mean velocity distribution and velocity profile are represented quantitatively at the rotor and stator region.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 제33회 추계학술대회논문집
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• pp.382-386
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• 2009

극심한 작동환경에 노출되는 부품은 일반적으로 수명이 줄어들게 된다. 액체로켓의 터보펌프는 높은 회전속도로 인한 높은 원심력과 높은 온도와 같은 환경에서 작동한다. 이와 같은 환경에서 작동하는 터보펌프는 극심한 피로와 크리프의 영향으로 재료의 내구성이 떨어지게 된다. 75톤급 터보펌프 터빈의 내구성을 확보하기 위하여 피로와 크리프의 영향을 고려한 손상률을 계산하였다. 터보펌프 피로해석에는 ABAQUS/CAE와 MSC.Fatigue를 사용하여 해석을 수행하였으며, 크리프 해석을 수행하기 위해서 Larson-Miller parameter 곡선과 로빈슨 법칙을 사용하였다. 본 연구에서는 터보펌프의 터빈에 대한 내구성을 확보하기 위하여 피로의 영향과 크리프의 영향을 비교, 분석하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.18-21
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• 2009

높은 열하중하에 있는 부품의 수명은 일반적으로 다른 부품에 비해 짧은 수명을 가지고 있다. 액체 로켓의 터보펌프 터빈은 작동시간 동안 높은 회전속도로 인한 높은 원심력과 높은 온도와 같은 환경하에서 작동된다. 이와 같은 환경은 터보펌프 터빈의 저주기 피로를 야기한다. 우선 열응력을 해석하기 위해 ABAQUS/CAE가 사용되었으며 탄성변형률과 소성변형률을 고려하기 위해 Coffin-Manson 방정식을 사용하였다. 평균응력의 변화를 고려하기 위해 S.W.T법을 사용하였으며, 열응력해석 결과로 얻어진 변형률 이력을 이용하여 터보펌프 터빈의 취약지점에 저주기피로해석을 수행하였다. 본 연구에서는 저주기 수명을 해석하기 위해 변형룰 수명 방법이 적용되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권9호
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• pp.805-815
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• 2007

단일추력의 정상 작동 상태의 액체 로켓 엔진 시스템 모듈화 프로그램을 작성하기 위한 선행 연구로 엔진 주요 구성품들에 대한 성능설계 프로그램을 작성하였다. 주요 구성품으로는 추력실, 원심형 펌프, 충동형 터빈, 재생 냉각 채널 등이 고려되었다. 복잡성을 피하기 위하여 열역학적 관계식 및 비점성 이론을 바탕으로 한 여러가지 관계식들과 간략한 수학적 모델을 사용하였다. 본 논문에서는 도출된 결과를 정성적으로 살펴보고, 주요 설계 파라미터를 바꿔가면서 구성품의 작동특성 변화에 대한 경향성을 검토함으로써 일반적인 구성품 설계 이론에 부합하는가를 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권3호
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• pp.58-65
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• 2004

유한요소법을 이용하여 액체 로켓 엔진 터보 펌프 터빈의 천이 열전달 및 구조 해석이 수행되었다. 해석 모델은 3차원 8절점 등매개변수 솔리드 요소로 구성되었으며, 전체 모델의 1/80만이 해석되었다. 열 스파이크를 포함하는 시동 조건과 정상상태에서의 하중이 고려되었다. 블레이드 면 위의 열전달 계수는 상용 열유동 해석 프로그램인 Fluent를 이용하였다. 개발된 유한 요소 코드를 이용하여 시동 및 정상상태에서 천이 열전달 응답을 구하였다. 또한, 원심력과 열하중이 가해질 때, 최대 응력 및 슈라우드의 변위를 구하였다.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 1998년도 유체기계 연구개발 발표회 논문집
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• pp.11-18
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• 1998

The present experimental study is focused on the application of multi-point simultaneous measurement by PIV(Particle Image Velocimetry) to rotor-stator region within centrifugal turbine pump. Six different kinds of rpm(120, 500, 1000, 1500, 2000 and 2500) are selected as experimental condition. Optimized cross correlation identification to obtain velocity vectors is implemented by direct calculation of correlation coefficients. Fine optical setup deeply concerned with PIV performance is arranged for accurate PIV measurement of high-speed complex flow. The instantaneous and time-mean velocity distribution and velocity profile are represented quantitatively at the rotor and stator region.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제24회 춘계학술대회논문집
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• pp.128-133
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• 2005

본 연구에서는 질유량 최소화 및 고압력비를 요구하는 가스발생기 방식의 개방형 액체로켓엔진(LRE)용 터보펌프유닛(TPU) 성능 설계를 위해 구성품인 비극저온 원심펌프 및 부분분사노즐을 사용하는 1단 충동형 터빈에 대한 성능설계 프로그램을 작성였다. 펌프출구압력, 가스발생기에서의 혼합비 등을 입력값으로 하고 펌프-터빈간의 출력 매칭을 위한 유량밸런싱을 통해 프로그램을 통합하여 기존에 작성한 액체로켓엔진시스템 개념설계 프로그램에 TPU 모듈로 삽입하였으며, 이를 통해 엔진시스템 요구조건 및 가스발생기 질유량 최소화 조건을 만족하는 터보펌프시스템의 기본 설계 조건을 구하여 러시아 엔진 데이터와 비교$\cdot$검토하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제24회 춘계학술대회논문집
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• pp.123-127
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• 2005

로켓 엔진 시스템의 예비 설계를 위한 성능 설계 프로그램을 작성하였다. 추력실, 비극저온 추진제용 원심 펌프, 축류 단단 충동형 터빈 그리고 개방형 가스발생기 사이클에서 추가 추력을 얻기 위한 배기 파이프 등이 고려되었다. 설계 절차의 단순화를 위해서 펌프 토출 압력은 설계 입력치로 하였다. 이로 인해서 터보펌프유닛과 추력실 사이의 압력 밸런싱 문제는 설계과정에서 배제되었으며 시스템 전체의 유량 밸런싱만이 고려되었다. 본 논문에서는 시스템 흐름도와 부분품별 설계 절차를 제시하였고 계산 결과는 실제의 대상 엔진 사양과 함께 제시되었다.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 2006년 제4회 한국유체공학학술대회 논문집
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• pp.531-534
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• 2006

250kw급 MFFC용 연료전지 발전시스템에 적용 가능한 BOP 중에서 터보제너레이터 사이클을 구성하는 구심터빈의 공력설계에 관한 연구를 수행하였다. 기본적인 치수는 평균반경에서의 해석 뿐만 아니라 구심터빈에서 반경 반향으로 변화가 크게 발생하므로 출구측에서 반경반향의 변화를 고려하여 결정하였다. 기본공력설계 과정에서 결정된 구심터빈 임펠러의 자오면 기본형상과 입출구 날개각 등의 기본설계 자료를 바탕으로 임펠러의 기하학적 3차원 형상을 결정하였다. 구심터빈 임펠러의 3차원 블레이드 형상이 결정되면 일련의 CFD를 통한 원심펌프 임펠러 내부의 유동현상을 고찰함으로써 기하학적 형상의 타당성을 검토하는 반복 설계 과정을 수행하였다. 또한, 여러 회전수에 대하여 정익에서와 동익에서의 유량이 일치할 수 있도록 동익 출구의 압력을 조절하여 작동유체의 각 위치에서의 값들을 구하고 각각의 위치에 따라 적절한 손실모델을 적용하여 탈설계점에서의 성능곡선을 구하였다. CFD 해석결과, MCFC 발전시스템에 마이크로 터보제너레이터를 적용시킬 경우에 폐열을 이용하여 16kW 정도의 전력을 추가로 생산할 수 있는 것으로 나타났다.