• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.239-248
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• 2017

솔레노이드 밸브는 구조에 따라 스풀 밸브와 포핏 밸브로 구분된다. 구조가 단순하고 오염에 민감한 스풀 밸브에 대하여 연구가 많이 진행되고 있는 반면 오염에 덜 민감하고 장시간 작동에 용이한 포핏 밸브는 구조가 복잡하여 여전히 많은 연구가 필요하다. 포핏 밸브를 설계하기 위해서 고려해야 하는 사항으로 포핏의 직경, 포핏의 각도, 디스크의 지름, 스프링 강성, 스프링 예하중, 유로 구조 등 다양한 설계변수가 있다. 기존 연구에서는 설계변수를 한가지로 선정하여 연구가 진행되었고, 설계변수가 포핏 밸브의 유동특성에 미치는 영향에 대한 연구가 부족하다. 본 논문에서는 3/2Way 솔레노이드 밸브용 포핏 밸브의 설계변수 변화에 따른 유동특성의 변화를 분석하였다. 포핏 밸브의 설계변수 선정은 선행연구된 사례와 초기모델해석결과를 참고하여 진행하였다. 그리고 설계변수에 따른 최대압력, 최소압력, 압력강하의 영향을 평균분석(ANOM)을 사용하여 살펴보았다. 향후 3/2Way 솔레노이드 밸브용 포핏 밸브를 설계할 때 주효과를 파악하여 설계변수 선정에 사용하면 효율적인 설계변수 선정이 가능할 것으로 예상된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권8호
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• pp.812-818
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• 2009

산화제 개폐밸브는 일반적으로 공압으로 포핏을 열고 닫음으로써 로켓엔진에 액체산화제유량을 제어한다. 상용되는 산업용 밸브와는 달리 현재 개발 중인 산화제 개폐밸브는 밸브는 효과적인 기밀을 위해 피스톤과 포핏이 접촉되어 있을 뿐, 분리되어 설계되어졌다. 밸브가 닫히는 동안 피스톤과 포핏이 떨어져서 움직이는 것을 피하고, 밸브의 전반적인 작동 성능을 파악하기 위해서 힘평형 해석이 수행되었다. 또한 더욱 정확한 해석을 위해, 마찰력과 포핏에 작용하는 힘을 각각 시험과 CFD 해석을 통해 구해내었다. 해석 결과를 통해 힘평형 해석에서 스프링, 마찰력과 공압부의 오리피스 크기와 같은 중요한 설계인자들의 영향을 알아보았으며, 현재 개발 설계중인 산화제 개폐밸브의 작동성능을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제17권6호
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• pp.113-119
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• 2013

발사체 연소기용 산화제 개폐밸브는 비교적 간단한 개폐 작동을 통해, 액체산소를 연소기에 공급 또는 차단한다. 고압, 고유량, 극저온의 액체산소를 운용 유체로 사용할 뿐만 아니라, 설계유량 대비 밸브 차압 또한 낮아야 하는 상당히 까다로운 개발요구조건을 가지고 있다. 본 논문에서는 현재 개발 중인 연소기용 산화제 개폐밸브의 밸브 과도 응답과 같은 기본적인 밸브 특성과 함께, 밸브 성능을 좌우하는 핵심 부분이라고 할 수 있는 밸브 공압 구동부 및 포핏/시트부의 개발 내용을 소개하였다. 밸브의 과도 응답 특성 해석 결과가 시험 측정결과와 매우 잘 일치하는 것을 확인하였으며, 구동 공압부 및 포핏/시트부 구조해석을 통해 밸브 무빙파트의 접촉면 반발력과 마찰력을 정량적으로 평가하였다.

• 항공우주기술
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• 제11권1호
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• pp.84-90
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• 2012

연소기용 연료개폐밸브는 파일롯 공압으로 포핏을 열고 스프링 힘에 의해 닫음으로써 로켓엔진의 연료 유량을 제어한다. 현재 개발 중인 연소기 연료개폐밸브는 액추에이터에서 압력이 제거되더라도 유로부에 해당 압력이 존재한다면 스스로 열림을 유지하는 방식으로 설계되어 있다. 밸브의 성능을 평가하기 위해 밸브가 열리고 닫히는 특성에 따라 힘 평형 상태를 분석할 필요가 있다. 이를 위하여 밸브의 포핏이 열리기 위한 파일롯 압력과 닫히기 위한 유로부 압력을 힘 평형에 의해 조절되도록 설계하였다. 또한, 상용 소프트웨어인 Fluent CFD 해석을 통해 밸브의 고유유량계수를 구해보았다. 예측과 해석을 통해 획득된 결과들은 실험 결과와 비교하였다.

• 항공우주기술
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• 제13권2호
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• pp.160-166
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• 2014

액체로켓 엔진용 개폐밸브는 파일럿 공압으로 포핏을 열고 스프링 힘에 의해 닫음으로써 로켓엔진의 추진제 유량을 제어한다. 현재 개발 중인 엔진용 개폐밸브는 다이어프램 액추에이터에서 압력을 제거하면 닫히도록 설계되어 있다. 다이어프램을 설계하고 개발하기 위해 밸브가 열리고 닫히는 특성에 따라 수명을 분석할 필요가 있다. 밸브가 닫히기 시작하는 시점의 작동 유체의 압력을 결정하고, 포핏이 열리는 시점의 압력을 결정되어 힘평형이 설계되어 있다. 수명시험은 상온 유동에서 다이어프램부의 크랙에 의한 누설은 용접 부위에서 발생했다. 다이어프램 액추에이터의 작동 수명은 헬륨 파일럿 압력의 22 MPa 시험에서 61회이다.

• 한국추진공학회지
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• 제14권4호
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• pp.1-9
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• 2010

가스발생기용 연료개폐밸브는 파일롯 공압으로 포핏을 열고 스프링 힘에 의해 닫음으로써 로켓엔진의 연료 유량을 제어한다. 현재 개발 중인 가스발생기 연료개폐밸브는 액추에이터에서 압력이 제거되더라도 유로부에 해당 압력이 존재한다면 스스로 열림을 유지하는 방식으로 설계되어 있다. 밸브의 성능을 평가하기 위해 밸브가 열리고 닫히는 특성에 따라 힘 평형 상태를 분석할 필요가 있다. 이를 위하여 밸브의 포핏이 열리기 위한 파일롯 압력과 닫히기 위한 유로부 압력을 힘 평형에 의해 조절되도록 설계하였다. 또한, 사용 소프트웨어 인 AMESim을 이용하여 동적 모델을 구성하였고 Fluent CFD 해석을 통해 밸브의 고유유량계수를 구해보았다. 예측과 해석을 통해 획득 된 결과들은 실험 결과와 비교하였고, 밸브의 동적 거동을 실험을 통해 확인하였다.

• 항공우주기술
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• 제12권2호
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• pp.108-117
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• 2013

가스발생기용 산화제 개폐밸브는 파일롯 공압으로 포핏을 열고 스프링 힘에 의해 닫음으로써 로켓엔진의 추진제 유량을 제어한다. 현재 개발 중인 산화제 개폐밸브는 액추에이터에서 압력을 제거하면 닫히도록 설계되어 있다. 그러므로 밸브의 성능을 평가하기 위해 밸브가 열리고 닫히는 특성에 따라 힘 평형 상태를 분석할 필요가 있다. 밸브가 닫히기 시작하는 시점의 작동 유체의 압력을 결정하고, 포핏이 열리는 시점의 압력을 결정되어 힘평형이 설계되어 있다. 인증시험 수준에서의 극저온 유동 시험 하에서 채터링 현상은 금속 기밀부에서 다량의 누설이 발생했다. 힘평형 계산을 이용한 산화제 밸브의 채터링이 발생된 시점의 압력은 약 11 bar로 예측 된다.

• 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.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권10호
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• pp.801-807
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• 2020

밸브 입구 압력 변화에 따른 액체로켓엔진용 연소기 산화제 개폐밸브의 개방 특성에 대해 시험을 통한 연구를 수행하였다. 연소기 산화제 개폐밸브의 포핏 방식 밸브 특성에 의해 밸브 입구 압력이 상승함에 따라 밸브 개방에 필요한 구동압력은 선형적으로 증가하며, 밸브 행정 시간은 감소하게 된다. 하지만 밸브 입구 압력 상승으로 밸브 개방 구동압력 도달까지의 시간이 길어져 전체적인 밸브 개방 시간이 증가하는 것으로 나타났다. 결국 밸브 입구 압력이 증가할수록 밸브 행정 시간의 감소량은 미미해지며 밸브 개방에 필요한 구동압력에 도달하는데 필요한 시간이 밸브 개방 시간을 좌우한다는 것을 확인하였다. 따라서 밸브 구동부에 대한 설계를 통해 밸브 개방 시점의 밸브 입구 압력과 연소기로의 순간적인 산화제 공급량을 조정할 수 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권9호
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• pp.717-724
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• 2020

본 논문에서 액체로켓엔진용 연소기 산화제 개폐밸브로 사용되는 밸브 개방 자체유지가능형 포핏 밸브의 밸브 닫힘 작동특성에 대한 연구 내용을 소개하기로 한다. 상온 및 극저온 환경에서 밸브 닫힘 특성을 예측할 수 있는 수치해석 방법을 제시하였으며, 시험결과와의 비교를 통해 계산결과의 신뢰성을 검증하였다. 본 연구를 통해 상온 및 극저온 작동 환경에서 각각 구동가스 배출 시스템의 유효 유로 면적과 밸브 작동부에 작용하는 운용유체의 압력 분포가 밸브의 전반적인 닫힘 작동특성을 좌우하는 주요 변수인 것을 확인하였다. 또한 극저온 작동 환경에서 구동가스를 적절히 활용함으로써, 밸브 닫힘 압력을 유연하게 조정할 수 있을 뿐만 아니라 밸브 닫힘 속도 또한 효과적으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다.