인공위성의 궤도진입, 궤도수정 및 자세제어를 담당하는 추진체계는 위성의 용도와 궤도위치, 자세/궤도제어 방식 등을 고려하여 설계하여야 한다. 현재까지도 널리 사용되고 있는 인공위성 추진체계는 AKM(Apogee Kick Motor)과 단일 추진제 추력기로 구성된 "통상 추진체계"이나 최근에는 AKE(Apogee Kick Engine)과 이원 추진제추력기로 구성된 "통합 추진체계" 그리고 이와 유사한 "완전통합 추진체계", "이중 추진체계" 등이 기술적 선택방안으로 제안되어 일부 적용되고 있는 실정이며 이러한 추진체계의 효과적 실용화를 위해서 단일 추진제(하이드라진) 추력기의 성능향상 및 이원 추진제 엔진과 이원 추진제 추력기의 기술개선 연구가 이루어지고 있다.원 추진제 엔진과 이원 추진제 추력기의 기술개선 연구가 이루어지고 있다.
50 Newton 진공 추력 레벨을 가지는 과산화수소 단일추진제 추력기를 개발하였다. 축소형 추력기를 제작하여 제조한 촉매의 추진제 분해 성능을 평가하였다. 축소형 추력기의 성능평가 결과로부터 50 Newton 추력을 위한 추진제 유량을 완전히 촉매 분해시키기 위해 필요한 반응기를 설계하였다. 스케일 업을 통해 제작된 추력기는 34.8 g/s의 추진제 유량에서 98%의 특성속도 효율을, 대기압 조건에서 42 Newton의 추력, 123 sec의 비추력 결과를 보임으로써 반응기 스케일 업 과정이 적절함을 확인하였다.
진공 작동 조건에서 50 Newton 추력 레벨을 가지는 과산화수소 단일추진제 추력기를 개발하였다. 축소형 추력기를 제작하여 제조한 촉매의 추진제 분해 성능을 평가하였다. 축소형 추력기의 성능 평가 결과로부터 50 Newton 추력을 위한 추진제 유량을 완전히 촉매 분해시키기 위해 필요한 반응기를 설계하였다. 스케일 업을 통해 제작된 추력기는 34.8 g/s의 추진제 유량에서 98%의 특성속도 효율을, 대기압 조건에서 42 Newton의 추력, 123 sec의 비추력 결과를 보임으로써 반응기 스케일 업 과정이 적절함을 확인하였다.
초공동현상을 이용한 고속 수중 운동체와 함께 이를 가능하게 하는 기술로써 해수흡입 램젯 추진에 대한 연구가 여러 나라에서 진행되고 있다. 본 연구에서는 해수 흡입 램젯 엔진을 추진기관으로 하는 수중 운동체의 개념 설계를 진행하였다. 가동 환경을 확인하여 임무 작동 조건을 설정하였으며, 해당 조건 내에서 초공동현상 이론과 유체역학적 지식을 통해 운동체에 작용하는 항력을 예측하였다. 이로부터 필요 추력을 산출하여 추진기관의 대략적인 사이징과 부분별 성능해석을 수행하였으며, 설계한 추진기관의 추력 및 비추력 성능을 확인하였다.
다련장로켓은 기습적 대량화력의 집중, 기동성, 사거리의 손쉬운 증대가능성의 장점을 가지고 있어 제2차 세계대전에서 처음 등장한 이후 대부분의 국가에서 야전 포병의 기본 무기체계로서 발전되어 왔다. 전세계 40개국 이상에서 사용하고 있는 다련장로켓은 유도방법, 탑재차량, 전자자동제어 분야의 발달로 점차 대구경화하여 사거리가 증대되고 있으며 탄두의 위력도 증대 다양화되고 있다. 현재까지 개발된 다련장로켓 중에서 가장 우수한 무기체계중의 하나로 알려진 MLRS는 미국을 비롯한 세계 13개국에서 채택하고 있으며 우리나라에서도 장비도입을 진행 중에 있다.현재 구룡을 생산하고있는 (주)한화에서는 이 MLRS가 차기 주력제품이 될것으로 판단하여 미제 사거리연장형(ER-MLRS)와 유사한 한국형 대구경 다련장로켓을 거룡이라고 명명하고 '93년부터 기초연구를 진행해 왓다. '94년 7월 첫 지상연소시험을 수행한 이후 현재까지 8기의 지상연소시험을 마쳤고, 지난 9월에는 비행용로켓 2발을 제작 비행 시험을 실시한 바 있다.본 논문에서는 미제 MLRS의 구성,제원,특성을 추진기관 중심으로 알아보고,자체 연구개발중에 있는 거룡 로켓의 추진기관 개발 현황을 지상연소시험을 중심으로 간단히 요약하고 미제와 성능을 비교해 보았다.향후 지속적으로 추진기관의 성능 개량을 추진할 계획으로 있으나 현재까지의 진행결과로 볼 때 추진기관의 개발은 문제가 없고, 대구경 다련장로켓탄 전체도 국내기술로 충분히 개발이 가능한것으로 판단된다.
초음속 비행체 및 극음속 성층권 비행체용 추진기관으로의 사용이 검토되고 있는 차세대 추진기관 들을 산화제 공급방식에 따라 공기흡입 엔진, 로켓 엔진 및 복합사이클 엔진으로 분류하여 엔진의 구성방식 및 추진특성들을 기술하였다. 공기흡입 엔진은 저고도에서의 성능이 우수하고 재사용이 가능 하지만 공기 밀도가 낮은 고고도 영역에서의 성능이 좋지 않으며 로켓 엔진은 넓은 고도영역에서 사용이 가능한 반면 낮은 비추력 및 고비용 발사체계 등과 같은 단점들을 가지고 있다. 한편 복합사이클 엔진은 이러한 제약성을 극복할 수 있는 최적의 차세대 추진시스템으로 부상되고 있으며 최근 선진국들은 국가적 개발 프로젝트로 자국의 상황에 적합한 복합사이클 엔진을 개발하는데 주력하고있다. 따라서 복합사이클 엔진은 가까운 장래에 초음속 및 극음속 대기권 비행을 현실화시킬 수 있는 추진시스템으로 각광을 받을 것으로 예상된다.
로켓 추진기관 시스템의 성능을 입증하기 위한 시험설비는 로켓시스템의 개발을 위한 필수 인프라이다. PSTC는 발사체의 각 단별 추진기관 시스템의 수류시험 및 연소시험을 수행하고, 발사 프로세스에 대한 지상검증을 수행한다. PSTC 개발을 위해 국내외 기술을 조사하여, 관련분야의 사례를 적극 활용한다. 추진기관 시험설비는 유공압 시설 및 제어계측, Test Stand, 화염유도로 등을 구성한다.
하이드라진 추력기에 적용되는 분해촉매의 국산화 개발과정에 필수적으로 요구되는 사항이 추력기를 통한 성능평가 과정이며 특히, 추력기의 임무수명 요구조건을 평가하는 장기성능 연소시험을 통해 촉매에 대한 최종적인 성능검증이 이루어지게 된다. 본 논문에서는 이에 대한 사항으로 촉매에 대한 성능평가 및 장기성능시험에 대한 시험과정, 시험 시퀀스 및 결과분석에 대해 기술하였다.
추진기관의 우발 점화를 방지해주는 점화안전장치의 성능 시험 결과를 기술하였다. 고전적인 형태의 기계식 안전장치와 보다 진보된 개념의 전기기계식 점화안전장치의 밀폐용기 시험 결과 및 점화기 적용 시험 결과를 제시하였고, 두 종류의 점화안전장치의 성능 비교 시험 결과 작동시간 측면에서 전기기계식 점화안전장치가 다소 유리한 것으로 판단되었다.
한국항공우주연구원(KARI)에서 개발 중인 중형 전기추진 무인기에 사용할 프로펠러의 선정을 위하여 프로펠러의 비행조건 성능을 풍동시험을 통하여 측정하였고, 해석으로부터 예측된 성능과 비교하였다. 시험은 KARI의 대형 아음속 풍동에서 수행되었다. 시험에 사용된 프로펠러들은 지름 21" 폴딩 타입 상용 제품이다. 시험 결과로부터, 순항조건에서 66%의 효율을 보인 21"${\times}$15.5" 프로펠러가 선정되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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