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Recent research activities on hybrid rocket in Japan

  • Harunori, Nagata
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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    • pp.1-2
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    • 2011
  • Hybrid rockets have lately attracted attention as a strong candidate of small, low cost, safe and reliable launch vehicles. A significant topic is that the first commercially sponsored space ship, SpaceShipOne vehicle chose a hybrid rocket. The main factors for the choice were safety of operation, system cost, quick turnaround, and thrust termination. In Japan, five universities including Hokkaido University and three private companies organized "Hybrid Rocket Research Group" from 1998 to 2002. Their main purpose was to downsize the cost and scale of rocket experiments. In 2002, UNISEC (University Space Engineering Consortium) and HASTIC (Hokkaido Aerospace Science and Technology Incubation Center) took over the educational and R&D rocket activities respectively and the research group dissolved. In 2008, JAXA/ISAS and eleven universities formed "Hybrid Rocket Research Working Group" as a subcommittee of the Steering Committee for Space Engineering in ISAS. Their goal is to demonstrate technical feasibility of lowcost and high frequency launches of nano/micro satellites into sun-synchronous orbits. Hybrid rockets use a combination of solid and liquid propellants. Usually the fuel is in a solid phase. A serious problem of hybrid rockets is the low regression rate of the solid fuel. In single port hybrids the low regression rate below 1 mm/s causes large L/D exceeding a hundred and small fuel loading ratio falling below 0.3. Multi-port hybrids are a typical solution to solve this problem. However, this solution is not the mainstream in Japan. Another approach is to use high regression rate fuels. For example, a fuel regression rate of 4 mm/s decreases L/D to around 10 and increases the loading ratio to around 0.75. Liquefying fuels such as paraffins are strong candidates for high regression fuels and subject of active research in Japan too. Nakagawa et al. in Tokai University employed EVA (Ethylene Vinyl Acetate) to modify viscosity of paraffin based fuels and investigated the effect of viscosity on regression rates. Wada et al. in Akita University employed LTP (Low melting ThermoPlastic) as another candidate of liquefying fuels and demonstrated high regression rates comparable to paraffin fuels. Hori et al. in JAXA/ISAS employed glycidylazide-poly(ethylene glycol) (GAP-PEG) copolymers as high regression rate fuels and modified the combustion characteristics by changing the PEG mixing ratio. Regression rate improvement by changing internal ballistics is another stream of research. The author proposed a new fuel configuration named "CAMUI" in 1998. CAMUI comes from an abbreviation of "cascaded multistage impinging-jet" meaning the distinctive flow field. A CAMUI type fuel grain consists of several cylindrical fuel blocks with two ports in axial direction. The port alignment shifts 90 degrees with each other to make jets out of ports impinge on the upstream end face of the downstream fuel block, resulting in intense heat transfer to the fuel. Yuasa et al. in Tokyo Metropolitan University employed swirling injection method and improved regression rates more than three times higher. However, regression rate distribution along the axis is not uniform due to the decay of the swirl strength. Aso et al. in Kyushu University employed multi-swirl injection to solve this problem. Combinations of swirling injection and paraffin based fuel have been tried and some results show very high regression rates exceeding ten times of conventional one. High fuel regression rates by new fuel, new internal ballistics, or combination of them require faster fuel-oxidizer mixing to maintain combustion efficiency. Nakagawa et al. succeeded to improve combustion efficiency of a paraffin-based fuel from 77% to 96% by a baffle plate. Another effective approach some researchers are trying is to use an aft-chamber to increase residence time. Better understanding of the new flow fields is necessary to reveal basic mechanisms of regression enhancement. Yuasa et al. visualized the combustion field in a swirling injection type motor. Nakagawa et al. observed boundary layer combustion of wax-based fuels. To understand detailed flow structures in swirling flow type hybrids, Sawada et al. (Tohoku Univ.), Teramoto et al. (Univ. of Tokyo), Shimada et al. (ISAS), and Tsuboi et al. (Kyushu Inst. Tech.) are trying to simulate the flow field numerically. Main challenges are turbulent reaction, stiffness due to low Mach number flow, fuel regression model, and other non-steady phenomena. Oshima et al. in Hokkaido University simulated CAMUI type flow fields and discussed correspondence relation between regression distribution of a burning surface and the vortex structure over the surface.

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초임계 상태에서 리포좀의 생성 및 약물봉입 (Liposome Formation and Active Ingredient Capsulation on the Supercritical Condition)

  • 문용준;차주환;김인영
    • 한국응용과학기술학회지
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    • 제38권6호
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    • pp.1687-1698
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    • 2021
  • 이 연구는 열역학적으로 불안정한 활성성분을 안정하게 봉입하기위해 초임계 상태에서 다중층의 리포좀을 생성하고 유효성분을 봉입하는 것에 관한 것이다. 초임계 상태에서 원활하게 리포좀을 형성시키기 위하여 식물성유래의 하이드로제네이티드 포스파티딜콜린과 그 유도체, 하이드로제네이티드 수크로오스다이스테아레이트를 포함하는 혼합 계면활성제를 고순도로 합성하였다. 이것을 반응조에 이산화탄소를 주입하여 초임계상태를 만들고 교반함으로써 거대 리포좀을 생성시키고, 여기에 제니스테인(genistein)과 쿼세틴(quercetin)을 첨가하여 봉입하는 제조방법에 대하여 기술하였다. 혼합지질계면활성제(SC-Lipid Complex)의 HLB는 12.50이었으며, 아주 낮은 농도에서도 다중층의 리포좀 소포체가 형성되었다. 이 계면활성제의 외관은 엷은 황색의 페이스트로 특이취가 있었으며, 비중은 0.972이었고, 산가는 0.12로 고순도로 합성이 되었음을 알 수 있었다. SC-Lipid Complex를 사용하여 20 wt%의 카플릭/카프릭 트리글리세라이드와 트리에칠헥사노인을 사용한 유화력 실험결과 96.2 %의 유화력을 가지고 있음을 알 수 있었다. 제니스테인을 봉입한 초임계 리포좀에 대하여 투과전자현미경(Cryo-TEM)을 통해 다중층의 리포좀 소포체가 형성되었다는 것을 확인하였다. 제니스테인이 봉입된 1차 리포좀화한 입자 크기는 253.9 nm이었고, 2차 캡슐의 크기는 18.2 ㎛ 이었다. 제니스테인을 표준물질로 하여 초임계 상태 리포좀의 봉입효율은 99.5 %이었고, 일반적인 리포좀은 93.6 %의 효율을 가지는 것으로 나타났다. 또한 쿼세틴을 봉입한 항산화력 실험은 DPPH법으로 확인한 결과 초임계리포좀에서 유의성 있게 우수한 항산화력을 유지하고 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 효과는 우수하나 열역학적으로 불안정한 원료를 유기용매를 사용하지 않고 초임계 상태에서 리포좀에 봉입하고, 고기능성의 스킨케어 화장품, 메이크업 화장품, 두피보호용 화장품 등 다양한 제형에 응용이 가능할 것으로 기대한다.

해양산업시설 배출 HNS 모니터링을 위한 고감도 금속산화물 나노입자 센서에 대한 연구 (Study on High Sensitivity Metal Oxide Nanoparticle Sensors for HNS Monitoring of Emissions from Marine Industrial Facilities)

  • 이창한;안상수;허유나;조영지;장지호;이상태;오상우;이문진
    • 해양환경안전학회지
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    • 제28권spc호
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    • pp.30-36
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    • 2022
  • 수처리 후 직접 해양으로 배출하는 산업시설 등에서 Hazardous and Noxious Substance (HNS) 농도 변화를 연속 자동 측정하기 위한 센서의 기본적 성능으로 상온에서도 ppb 수준의 검출이 가능한 센서가 필요하다고 판단하여 기존의 센서의 감도를 높이기 위한 방법을 제안하였다. 우선 나노입자 박막에 전도성 탄소계 첨가물을 이용하여 필름의 전도도를 높이는 방법과 촉매 금속을 이용하여 표면에서의 이온 흡착도를 높이는 방법에 대해서 각각 연구하였다. 전도성 개선을 위해서 ITO 나노입자를 활용한 필름에 carbon black을 첨가물로 선택하여, 첨가물 함유량에 따른 센서의 성능변화를 관찰하였다. 그 결과 CB 함량 5 wt% 정도에서 전도성 증가에 의한 저항과 응답시간의 변화를 관찰할 수 있었고, 유기용제를 대상으로 한 실험에서 검출하한은 250 ppb 정도까지 낮아지는 것을 확인하였다. 또한 액체 중 이온 흡착도를 높이기 위하여 센서 표면에 촉매로 Au를 스퍼터로 제작한 표면 촉매층을 형성한 시료를 이용한 실험에서 센서의 응답은 20% 이상 증가하고 평균 검출하한은 61 ppm까지 낮아지는 것을 확인하였다. 이 결과로부터 금속산화물 나노입자를 활용한 화학저항형 센서가 상온에서도 수십 ppb 정도의 HNS를 검출할 수 있다는 것을 확인하였다.

광합성색소 분석을 통한 광양만 갯벌 퇴적물 중 저서미세조류의 계절변화 (Seasonal Variations of Microphytobenthos in Sediments of the Estuarine Muddy Sandflat of Gwangyang Bay: HPLC Pigment Analysis)

  • 이용우;최은정;김영상;강창근
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제14권1호
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    • pp.48-55
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    • 2009
  • 광양만 조간대 갯벌에 서식하는 저서미세조류와 해수 중 식물플랑크톤의 생체량과 군집조성의 계절변동 양상을 밝히기 위하여, 2002년 1월부터 11월까지 매월 high-performance liquid chromatograph(HPLC)를 이용한 광합성색소(photosynthetic pigments) 분석을 실시하였다. 광합성색소 분석결과 규조류(diatoms)의 주요 지표색소인 fucoxanthin, diadinoxanthin 그리고 diatoxanthin이 퇴적물과 상부 해수에서 연중 우점하여 나타났다. 이들을 제외한 다른 색소들은 상대적으로 낮은 농도를 보였다. 깊이 0.5 cm까지의 표층퇴적물에서 측정한 chlorophyll ${\alpha}$ 농도는 3.44${\sim}$169 mg $m^{-2}$의 범위로 연평균 농도는 상부, 중부 그리고 하부 갯벌 퇴적물에서 각각 $68.4{\pm}45.5,\;21.3{\pm}14.3,\;22.9{\pm}15.6mg\;m^{-2}$로 나타났다. 반면 퇴적물 상부 수주 전체 수심(2.6 m)에 대해 적산한 chlorophyll ${\alpha}$ 농도는 1.66(11월)${\sim}$11.7(7월) mg $m^{-2}$의 농도 범위로 평균 $6.96{\pm}3.04mg\;m^{-2}$를 나타내었다. 이로부터 갯벌 퇴적물 내에 존재하는 저서미세조류의 농도는 해수 중 존재하는 식물플랑크톤의 농도보다 3${\sim}$10배 정도 높은 것으로 추산되었다. 퇴적물과 상부 해수 중 미세조류의 농도에서 유사한 월별변화와 군집조성은 재부유된 저서미세조류가 광양만 해수 중 식물플랑크톤 생체량의 상당부분을 설명할 수 있음을 시사하였다. 따라서 이들 저서미세조류는 갯벌 생물뿐만 아니라 재부유에 의한 수송을 통하여 인근 연안 생태계의 생물군에 대한 중요한 영양원 역할을 할 수 있다는 점에서 이들의 거동에 대한 지속적인 관찰이 요구된다.

담수어의 지질에 관한 연구 5. 잉어(Cyprynus carpio)의 부위별 지질성분의 분포 (Studios on Lipids in Fresh-Water Fishes 5. Distribution of Lipid Components in Various Tissues of Carp, Cyprynus carpio)

  • 최진호;노재일;변대석;변재형
    • 한국수산과학회지
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    • 제18권2호
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    • pp.149-156
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    • 1985
  • 담수어의 체부위별 지질 및 그 구성지방산의 조성을 밝히기 위하여, 전보 이어 잉어의 조직을 육, 피, 및 내장별로 채취하고 유리지질과 결합지질을 추출하여 지질의 조성을 측정하였으며, 양적으로 많은 비율을 점하는 중성지질과 인지질에 대하여는 그 구성지방산의 조성을 분석 비교하였다. 1. 부위별 지질의 함량은 육에 $3.88\%$, 피부에 $8.02\%$, 내장부에 $6.18\%$ 함유되어 있었고, 각 부위별 지질은 육질부에 있어서는 유리지질 $2.47\%$와 결합지질 $1.41\%$, 피부에 있어서는 유리지질 $5.65\%$와 결합지질 $2.37\%$, 그리고 내장부에 있어서는 유리지질 $3.54\%$ 와 결합지질 $2.64\%$로 각각 구성되고 있었다. 2. 각부위별로 유리지질은 중성지질 $68\%{\sim}92\%$, 당지질 $3\%{\sim}6\%$, 인지질 $4\%{\sim}18\%$, 그리고 결합지질은 중성지질 $8\%{\sim}20\%$, 당지질 $2\%{\sim}7\%$, 인지질 $47\%{\sim}62\%$로 구성되어 있었다. 3. 중성지질의 조성을 분석한 결과, 유리지질은 각부위에서 그 대부분이 TG와 DG로 이루어져 있었으나 내장에는 FFA도 상당 비율 함유되어 있었다. 결합지질은 각부분이 공통으로 ES와 HC 및 TG가 많은 비율을 점하였으나 FS도 상당한 비율로 함유되고 있었다. 4. 인지질의 조성에 있어서는 각부위별로 유리지질과 결합지질이 모두 PC PE 및 PS로서 주로 구성되고 있었으나, 결합지질에 특히 PC가 많은 것이 특징이었다. 5. 유리지질과 결합지질의 극성 및 비극성지질별 주요지방산의 조성을 비교한 결과, 유리지질과 결합지질이 모두 극성지질은 주로 $C_{16:0},\;C_{18:0},\;C_{20:4},\;C_{22:6}$$C_{18:2}$ 산으로, 그리고 비극성지질은 주로 $C_{18:1},\;C_{16:0},\;C_{16:1},\;C_{18:0}$$C_{18:2}$ 산으로 구성되어 있었다. 6. 각부위별 유리지질과 결합지질을 구성하는 중성지질의 주요지방산 조성을 분석한 결과, 포화지방산에 있어서는 $C_{12:0}{\sim}C_{20:0}$산 8개 지방산중 $C_{16:0}(11.20{\sim}21.13\%),\;C_{18:0}(1.58{\sim}12.76\%)$$C_{14:0}(2.54{\sim}6.98\%)$을 monoene산에 있어서는 $C_{14:1}{\sim}C_{22:1}$산 5 개 지방산중 $C_{18:1}(21.68{\sim}30.50\%),\;C_{16:1}(7.06{\sim}20.70\%)$$C_{20:1}(1.76{\sim}6.27\%)$을, 그리고 polyenoic acid에 있어서는 $C_{18:2}{\sim}C_{22:6}$산 8개 지방산중 $C_{18:2}(4.50{\sim}6.89\%),\;C_{20:4}(1.52{\sim}4.29\%)$$C_{22:6}(0.73{\sim}6.62\%)$을 들 수 있었다. 또, 이들 지방산의 조성은 유리지질과 결합지질간에 현저한 차이를 보였다.

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마치종(馬齒種)옥수수의 품종별(品種別) 지질조성(脂質組成)의 비교(比較) (Comparative Studies on the Lipid Composition in Varieties of Dent Corn)

  • 안두희;하봉석
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제16권4호
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    • pp.350-363
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    • 1987
  • 마치종(馬齒種) 6개 품종(品種) 옥수수의 총지질(總脂質), 중성지질(中性脂質)및 극성지질(極性脂質)을 구성(構成)하는 지질성분(脂質成分), 지방산조성(脂肪酸組成) 그리고 총지질(總質)의 sterol조성(組成)을 GLC, TLC, TLC-scanner 및 column chromatography를 이용(利用)하여 정량(定量)한 결과(結果) 다음과 같은 결론(結論)을 얻었다. 1) 옥수수의 총지질(總脂質)은 $3.7{\sim}5.3%$의 함량분포(舍量分布)를 보여 평균(平均) 4.7%였다. 2) 총지질(總脂質)의 구성지질성분(構成脂質成分)은 TG, FFA, lano-sterol. hydrocarbon & ES 그리고 PL & Pigment를 함유(含有)하며, TG는 제천옥(堤川玉)과 황옥(黃玉)3호(號)에서 다소(多少) 높았다. 3) 총지질(總脂質)의 지방산조성(脂肪酸組成)은 linoleic, oleic 그리고 palmitic acid가 주성분(主成分)을 이루고, 제천옥(堤川玉)에서는 linoleic acid가 가장 높은 반면에, oleic과 palmitic acid는 가장 낮게 나타났다. 4) 총지질(總脂質)의 불험화물(不驗化物)은 $2.0{\sim}2.7%$의 함량분포(含量分布)를 보였고, 진주옥(晋州玉)에서 다소(多少) 높게 나타났다. 4-desmethylsterol조성(組成)은 sitosterol, campesterol 그리고 stigmasterol이 주성분(主成分)을 이루고, 진주옥(晋州玉)에서 sitosterol이 가장 높게 나타났다. 한편, 4-monomethylsterol조성(組成)은 obtusifoliol, gramisterol 그리고 citrostadienol이 주성분(主成分)을 이루고, 광옥(光玉)과 진주옥(晋州玉)에서 obtusifoliol과 citrostadlenol이 가장 낮게 나타났다. 5) 총지질(總脂質)을 구성(構成)하는 중성지질(中性脂質)의 함량(合量)은 수원(水原)19호(號), 광옥(光玉), 구성옥(橫城玉) 그리고 진주옥(晋州玉)이 제천옥(堤川玉)과 황옥(黃玉)3호(號)보다 높게 나타났으며, 당지질(糖脂質)과 순지질(燐脂質)은 이와 반대(反對) 경향(傾向)을 보였다. 6) 중성지질(中性脂質)의 구성지질성분(構成脂質成分)은 TG, lanosterol, cholesterol, FFA 그리고 ES가 주성분(主成分)을 이루고있었다. 7) 중성지질(中性脂質)의 지방산조성(脂肪酸組成)은 linoleic, oleic그리고 palmitic acid가 주성분(主成分)을 이루고, 수원(水原)19호(號)와 제천옥(堤川玉)에서는 linoleic acid가 가장 높게 나타났다. 8) 당지질(糖脂質)의 구성지질성분(構成脂質成分)은 MGS, MGC 그리고 MGDG를 함유(含有)하며, MGS와 MGC는 진주옥(晋州玉)에서 가장 높은 반면에, 횡성옥(橫城玉)과 제천옥(堤川玉)에서는 가장 낮게 나타났다. 9) 총지질(脂質)의 지방산조성(脂肪酸組成)은 oleic, palmitic, linoleic그리고 heptadecanoic acid가 주성분(主成分)을이루고, 진주옥(晋州玉)에서 oleic acid가 가장 높은 반면에 heptadecanoic acid는 가장 낮게 나타났고, 제천옥(堤川玉)에서는 이와 반대(反對) 경향(傾向)을 보였다. 10) 순지질(燐脂質)의 구성지질성분(構成脂質成分)은 PI 및 PC를 함유(舍有)하며, 횡성옥(橫城玉)과 황옥(黃玉) 3호(號)에서 PI가 가장 낮게 나타났다. 11) 순지질(燐脂質)의 지방산조성(脂肪酸組成)은 palmitic, heptadecanoic 그리고 oleic acid가 주성분(主成分)을 이루고, 횡성옥(橫城玉)에서 oleic acid가 가장 높은 반면에, heptadecanoic acid는 가장 낮게 나타났다.

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