• 한국추진공학회지
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• 제15권4호
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• pp.85-93
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• 2011

아크 채널 모델을 이용하여 플라즈마 온도를 매개로 플라즈마 입력전력과 전류 조건에 따른 간극 반지름(R) 및 간극팩 묶음 길이(L) 변수 계산이 가능한 해석해를 유도하고 이를 이용하여 300 A 전류조건에서 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치에 대한 해석적 설계 변수 해석을 수행하였다. 해석 결과, R��${\leq}$ 7.5 mm, L ${\leq}$ 1.25 m 인 범위에 대해, L이 길어지거나 R이 작아질 때, 플라즈마 온도는 비례하여 증가하는 경향을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 그 이상의 범위에서는 증가하다 감소하는 비선형 현상이 존재하여 주어진 전류 및 전력조건에서 아크 플라즈마의 형성이 불가능하거나 불안정할 것으로 예측되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 입력전류가 300 A 일 때, 아크 플라즈마 온도를 안정적으로 구현할 수 있을 것이라 여겨지는 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치의 간극 반지름 R 및 간극팩 묶음 길이 L의 설계범위를 각각 5.5 mm ${\leq}$ R ${\leq}$ 7.5 mm, 0.25 m ${\leq}$ L ${\leq}$ 0.5 m 범위로 제안하였다.

• Composites Research
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• 제33권4호
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• pp.205-212
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• 2020

본 연구에서는 기상화학반응공정을 이용하여 실리콘카바이드가 코팅된 2종형상의 탄소/탄소복합재 위에 진공플라즈마용사를이용하여 하프늄카바이드를 코팅하였다. 코팅 전/후 시편을 5.06 MW/㎡의 열유속에서 120초 동안 산화 및 삭마 실험을 진행하였다. 시험 전/후의 질량 변화량을 통해 질량삭마율을 계산하였고 캘리퍼스와 고속카메라를 이용하여 길이변화를 측정하여 길이삭마량을 계산하였다. 시편 단면의 FE-SEM 및 EDS 분석을 통해 산화 및 삭마거동을 관찰하였다. 플라즈마 풍동 시험결과 코팅된 시편이 무게감소 및 길이변화가 적어 내산화 및 내삭마성이 높은 것으로 판단되었다. 그러나 동일조건에서 시험한 반구형과 원통형의 산화 및 삭마정도는 상이하였고 원통형에서 더 높은 내산화 및 내삭마성을 가지는 것으로 평가되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권4호
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• pp.316-329
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• 2012

초음속 플라즈마 풍동 등, 항공우주 응용을 위한 고순도, 고엔탈피 열유동 발생 장치로서 널리 쓰이고 있는 유도결합 플라즈마 토치에 대해, 전기회로 이론과 결합된 해석적 및 수치해석적 자기유체역학 모델을 이용하여 토치 설계변수(주파수 $f$, 가둠관 반지름 $R$ 및 코일 감은수 $N$) 변화에 따른 전기적 특성 변수(등가 저항, 등가 인덕턴스 및 결합효율)의 거동을 추적함으로써 최적 설계 변수해석을 수행하였다. 계산 결과, 등가저항은 $f$, $R$ 및 $N$이 증가함에 따라 커지는 반면, 등가 인덕턴스는 $f$가 증가할수록 작아지지만 $R$과 $N$의 증가에 대해서는 커지는 경향이 있음을 파악하였다. 이로부터, 10 kW 급 고주파 유도결합 플라즈마 토치의 경우, 결합효율을 극대화시키는 최적의 주파수, 가둠관 반지름 및 코일 감은수의 범위를 각각 $f$=4~6 MHz, $R$=17~25 mm 및 $N$=3~4 로 추정하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.363-366
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• 2011

마하 2의 초음속 풍동 장치에서 벤트 혼합기를 사용하여 혼합 연소실험을 수행하였다. 혼합실험에서는 헬륨을 사용하였고, 연소실험에서는 수소와 플라즈마 토치를 사용하여 연소 특성을 연구하였다. 혼합실험에서는 벤트 혼합기에 의해 수직분사임에도 불구하고 후류 혼합층에 많은 연료가 잔존하였다. 연소 실험의 경우 낮은 온도의 초음속 유동에서 플라즈마 토치를 사용한 점화와 연소되지 않은 연료-공기 혼합물의 충격파 유도 연소가 후류 영역에서 발생하였다. 열질식이 일어난 경우, shock train이 발생하며 이는 연소기내 연소 불안정성을 유도한다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.537-540
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• 2010

5000도 이상의 고열류 유동을 발생시키는 개량형 고온플라즈마 토치는 신소재, 환경 및 에너지 사업 등, 첨단 기술의 실험을 위한 아크젯 풍동의 핵심장비이다. 개량형 고온플라즈마 토치는 내부 아크의 분기현상이 없는, 균일한 고순도의 유동을 발생할 수 있지만 까다로운 구조 및 작동조건 때문에 상용화가 어렵다. 본 연구에서는 개량형 고온플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 발생 장치의 성능 평가 실험을 수행하였다. 400kW급 플라즈마 발생 장치의 성능평가 결과, 전류 280 ~ 320 A 및 전압 250 ~ 1350 V 범위에서의 설계 성능을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권12호
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• pp.1048-1053
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• 2015

고온 환경에 노출되는 열 보호 시스템의 삭마 현상에 의한 표면 침식은 주로 재료의 두께 방향으로 진행된다. 본 논문에서는 0.4MW 아크 가열 풍동을 통한 삭마 실험을 수행하고 삼차원 표면 측정기를 이용하여 삭마 재료의 표면 상태를 측정하였다. 특히, 정밀한 삼차원 이미지 데이터를 획득하여 고온 플라즈마 환경에서 진행된 삭마 재료의 표면 거칠기와 침식량을 산출하였다. 이와 같은 삭마 실험 전후에 발생된 시편의 질량 감소도 함께 측정함으로써 표면 특성의 변화를 정량적으로 비교 및 분석하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제17권6호
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• pp.75-80
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• 2013

본 연구에서는 마하 2의 실험실 규모의 풍동장치에서 플라즈마 제트 토치를 점화기로 사용하여 강제점화에 대한 연소 특성을 연구하였다. 하이퍼 혼합기는 혼합기로 사용되었다. 수직분사의 경우, 하나는 하이퍼 혼합기의 웨지면에 충돌하도록 하였으며, 다른 하나는 차가운 주유동으로 바로 분사되도록 하였다. 하이퍼 혼합기와 충돌하는 경우 충돌된 연료는 분산되며 확산 혼합에 의해 혼합성능이 증대된다. 또한 혼합된 가스는 대부분 플라즈마 제트의 열원으로 유입되어 연소 성능을 증대시킨다. 하지만 주유동으로 직접 분사되는 경우는 초음속의 주유동 내에서 점화되지 못하고 많은 양의 연료가 소비된다. 따라서 강제점화방식의 연소의 경우에는 많은 양의 연료-공기 혼합물을 점화가 가능한 열원으로 공급하는 것이 중요하다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권5호
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• pp.1-8
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• 2005

아크히터의 작동특성을 예측하고 아크히터 자체의 설계와 해석을 위해, 세그먼트 아크히터(segmented arc-heater)의 내부 유동을 계산하였다. 지금까지 몇몇 연구자들이 아크히터 내부 유동을 수학적으로 모델링하여 일부 아크히터의 내부 유동을 정확하게 계산하는데 성공하였지만, 다양한 아크히터의 여러 운용 조건을 모두 만족하는 수학적 모델을 완성하지 못했다. 본 연구에서는 수학적 모델링의 범용성 확보를 위해, 아크 히터 내부의 난류 유동에 중점을 두었다. 기존의 대수 난류 모델을 대신하여 세 개의 2방정식 난류를 사용하였으며, 계산 결과 $k-\varepsilon$ 난류 모델이 아크히터 내부의 유동을 모사하는데 적합하다는 것을 확인했으며, 난류가 아크히터 유동을 특성을 좌우하는 중요한 요소 중에 하나라는 것을 밝혔다.