Ebisuzaki, Hideyo;Nagayama, Kunihito;Ikuta, Tatsuya;Takahashi, Koji
한국추진공학회:학술대회논문집
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한국추진공학회 2004년도 제22회 춘계학술대회논문집
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pp.601-604
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2004
Precise position and attitude control of pico-satellite requires huge number of impulses of the order of 10$^{-6}$ Ns. MEMS solid rocket array is a promising propulsion system but the higher degree of miniaturization causes unreliable operation mainly due to quenching. In order to breakthrough this situation, a novel design of solid micro-rocket is proposed, which generates tiny impulses repetitively from a single rocket not from array. This unique micro-rocket is based on the utilization of quenching, which causes propellant reaction to sustain only in a small area. A test chip of a micro solid propellant tank and micro heater array is fabricated and ignition test is conducted. Obtained results show the feasibility of this concept and future direction of this quenching-based propulsion is discussed.
The trend of miniaturization has been applied to the research of rockets to develop prototypes of micro rockets. In this paper, the development of a web-integrated prototyping system for three-dimensional micro rockets, and the results of combustion tests are discussed. The body of rocket was made of 6061 aluminum cylinder by lathe process. The three-dimensional micro nozzles were fabricated on the same aluminum by using micro endmills with ${\phi}100{\mu}m{sim}{\phi}500{\mu}m$ diameter. Two types of micro nozzle were fabricated and compared for performance. The total mass of the rockets was 7.32 g and that of propellant (gun powder) was 0.65 g. The thrust-to-weight ratio was between 1.58 and 1.74, and the flight test with 45 degree launch angle from the ground resulted in $46\;m{\sim}53\;m$ of horizontal flight distance. In addition, ABS housing for the micro machined rocket was fabricated using Fused Deposition Modeling (FDM). A web-based design, fabrication, and test system for micro nozzles was proposed to integrate the distributed hardware resources. Test data was sent to the designer via the same web server for the faster feedback to the rocket designer.
본 논문에서는 소비톨과 질산칼륨을 이용한 고체추진제의 연소특성을 파악하였다. 여러 연소실험을 통하여 연소속도를 구하고 비추력과 특성배기속도를 이론값과 비교하였다. 추력 측정은 판스프링을 이용한 추력측정장치를 이용하였다. 추진제의 성분비를 변경하면서 실험을 하였으며, 실험값을 바탕으로한 고체추진제의 연소특성은 1mm 노즐의 마이크로 고체로켓의 설계 파라미터로 이용되었다.
소형화의 추세는 마이크로 로켓의 연구에도 적용되어 MEMS 공정으로 제작된 마이크로 로켓들이 시도되었다. 본 논문에서는 마이크로 밀링을 사용한 3차원 마이크로 로켓의 제작과 연소 및 발사시험의 결과를 다루고자 한다. 로켓의 동체는 알루미늄 6061 합금을 사용하였다. 3차원 마이크로 노즐은 황동을 직경 127${\mu}m$의 마이크로 엔드밀로 절삭하여 가공되었다. 두 가지 크기의 노즐이 제작되었는데 하나는 노즐목의 직경이 1mm이고 다른 하나는 0.5mm이다. 로켓의 질량은 7.32g이고 추진제의 질량은 0.65g이었다. 추력 대 무게비는 1.58에서 1.74로 계산되며 지면에서 45도 각도로 발사된 비행시험결과 약 46m~53m의 수평거리를 비행하였다.
본 논문에서는 인공위성의 자세제어에 활용될 미소 추력의 발생장치로서 고체추진제를 이용한 마이크로로켓을 제작하고 이의 성능평가를 위한 기초실험 수행내용을 기술 하였다. 분사제트의 가시화를 통해 로켓의 성능분석을 시도하였고 점화 가능성을 확보하기 위해 여러 형태의 점화기법을 연구해 보았다. 크기가 작은 만큼 제작과 점화가 어렵고 추진력 측정에 정밀성이 요구되었다. 추진력을 측정하기 위한 두 가지 형태의 미소추력 측정 장치를 개발 하였고 측정 장치의 성능평가를 수행하였다.
Wireless energy transmission system to a Micro Aerial Vehicle is now under development. A 5.8 GHz microwave phased array antenna and rectenna array receiver have been developed. An electric motor on a circling MAV model was driven by the transmitted power. In addition, 140GHz millimeter-waves of up to 1MW was beamed to a "Microwave Rocket" and its thrusting has been successfully demonstrated.
We are developing a micro-solid propellant rocket array thruster for simple attitude control of a 10 kg class micro-spacecraft. The prototype has ø 0.8 mm solid propellant micro-rockets arrayed at a pitch of 1.2 mm on a 22 x 22 mm substrate. In previous studies, an impulse thrust of 4.6 x 10$^{-4}$ Ns was obtained in vacuum, but we found the problems of unacceptably low ignition success rate and incomplete combustion. This paper describes experiments to improve the ignition rate. In order to achieve this goal, we tried to solidify paste-like ignition aid (RK) on the ignition heaters with strong adhesion. To make the paste-like RK, isoamyl acetate was added to RK powder. We tested 9 rockets, but only 2 rockets were ignited with huge ignition energy. This is because the heat con-duction between the ignition heater and the RK was too low to ignite the RK, since dried RK had a lot of pores. Also, a large cavity was sometimes found just above the ignition heater.
Plasma ignition method has been applied in various fields particularly to the rocket propulsion, pyrotechnics, explosives, and to the automotive air-bag system. Ignition method for those applications should be safe and also operate reliably in hostile environments such as; electromagnetic noise, drift voltage, electrostatic background and so on. In the present study, a semiconductor bridge (SCB) plasma ignition device was fabricated and its plasma characteristics including the propagation speed of the plasma, plasma size, and plasma temperature were investigated with the aid of the visualization of micro scale plasma $(i.e.,\;\leq\;350\;{\mu}m)$, which generated from a Micro-Electro-Mechanical poly-silicon semiconductor bridge (SCB).
초음파를 이용한 추진기관의 비파괴검사는 X-ray 검사에 비하여 경제성이 우수하고, X-ray 검사시 취약한 dis-bond, damage 등의 결함 검출이 우수한 편이다. 그리고 전용시설의 필요없이 현장에서 실시간으로 검사가 가능하며 방사선 작업에 비하여 안전한 방법이다. 본 논문에서는 고체 추진제에 대한 초음파 특성을 분석하고, 추진제/라이너 미접착에 대한 내측과 외측 검사 방법 및 추진제 damage에 의한 미세 크랙검출에 대하여 실험 및 분석하였다. 실험 결과, 추진제에서의 초음파 감쇠는 $6\sim8db/cm$로 비교적 큰 감쇠를 보였으며 추진제/라이너 미접착에 대한 내 외측 검사에 있어서도 제한된 조건이지만 검출 가능성을 보였다. 그리고 damage에 의한 추진제 미세 크랙도 초음파의 감쇠특성을 이용하여 검출 가능함을 보였다.
Micro catalytic reactors are alternative propulsion device that can be used on a nano satellite. When used with a monopropellant, $H_2O_2$, a micro catalytic reactor needs only one supply system as the monopropellant reacts spontaneously on contact with catalyst and releases heat without external ignition, while separate supply lines for fuel and oxidizer are needed for a bipropellant rocket engine. Additionally, $H_2O_2$ is in liquid phase at room temperature, eliminating the burden of storage for gaseous fuel and carburetion of liquid fuel. In order to design a micro catalytic reactor, an appropriate catalyst material must be selected. Considering the safety concern in handling the monopropellants and reaction performance of catalyst, we selected hydrogen peroxide at volume concentration of 70% and perovskite redox catalyst of lantanium cobaltate doped with strondium. Perovskite catalysts are known to have superior reactivity in reduction-oxidation chemical processes. In particular, lantanium cobaltate has better performance in chemical reactions involving oxygen atom exchange than other perovskite materials. In the present study, a process to prepare perovskite type catalyst, $La_{0.8}Sr_{0.2}CoO_3$, and measurement of its propellant decomposition performance in a test reactor are described.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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