Moon, Keun Hwan;Kim, Dong Seong;Choi, Joo Ho;Kim, Jin Kon
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.21
no.4
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pp.27-33
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2013
In this study, the FMEA and FTA for reliability analysis of hybrid rocket motor are performed, that was designed in the Hybrid Rocket Propulsion Laboratory of Korea Aerospace University. In order to carry out these analyses the structure of the hybrid rocket motor is hierarchically divided into 36 parts down to the component level and FMEA is carried out with 72 failure modes. Reliability is assessed based on the FMEA, and the results are used in the FTA to evaluate the overall system reliability. In the FMEA, the relationship between the cause and failure modes, effects and their risk priorities are evaluated qualitatively. 27 failure modes are chosen as those with the critical severity that should be improved with priority. As a result of the FMEA / FTA study, a series of design or material changes are made for the improvement of reliability.
Low fuel regression rate is the main drawback of hybrid rocket which should be overcome. One of the improvement techniques to this problem is usage of a solid fuel grain with a complicated geometry port, which has been promoted owing to the recent development of additive manufacturing technologies. In the design of a hybrid rocket fuel grain with a complicated geometry port, the understanding of fuel regression behavior is very important. Numerical investigations of fuel regression behavior requires a capturing method of solid fuel surface, i.e. gas-solid interface. In this study, level set method is employed as such a method and the preliminary numerical tool for capturing a hybrid rocket solid fuel surface is developed. At first, to test the adequacy of the numerical modeling, the simulation results for circular port are compared to the experimental results in open literature. The regression rates and oxidizer to fuel ratios show good agreements between the simulations and the experiments, after passing enough time. However, during the early period of combustion, there are the discrepancies between the simulations and the experiments, owing to transient phenomena. Second, the simulations of complicated geometry ports are demonstrated. In this preliminary step, a star shape is employed as complicated geometry of port. The slot number effect in star port is investigated. The regression rate decreases with increasing the slot number, except for the star port with many slots (8 slots) in the latter half of combustion. The oxidizer to fuel ratio increases with increasing the slot number.
Kim, Won-Hoon;Koo, Song-Hoe;Moon, Soon-Il;Hwang, Ki-Young;Lee, Kang-Soo;Seok, Jung-Ho
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.10
no.3
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pp.18-25
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2006
In order to perform system requirements quickly and accurately, an automatic design program of solid rocket motors(SRM) structure designated as the 'ProDes software' has been developed and verified. from given system design criteria and constraints, it has the capabilities to design, analysis, simulation and drawing process to greatly reduce the over 'design cycle time' and manpower of a project. The conception of the program is modular, and calculations are performed step by step allowing parametric design studies and providing final selected design goal. Each configurations of SRM components and joint types composed of various master models is obtained from the data base module of the library. Between the design results of the ProDes software and those of the previous detail design of the established motor showed good agreements.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.14
no.4
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pp.17-23
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2006
This paper describes the preliminary design procedure for the hybrid propulsion system. For a given mission defined by velocity increment, the design of a polyethylene/LOX hybrid rocket was implemented. In addition, Seven-cluster multi-port fuel-grain was considered. After determining the system size including the combustion chamber, the performance parameters such as specific impulse, thrust, characteristic velocity, and thrust coefficient can be predicted by using empirical regression rate correlation, though most of preliminary design code assume constant regression rate. The results of the performance prediction indicated that besides the widely used HTPB/LOX, polyethylene/LOX hybrid motor can be a viable alternative to the more widely used SRMs.
Joh, Miok;Kim, Seong-Ku;Han, Sang Hoon;Choi, Hwan Seok
Aerospace Engineering and Technology
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v.13
no.2
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pp.150-159
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2014
This study provides a brief introduction to application of the computational fluid dynamics to domestic development of combustion devices for liquid-propellant rocket engines. Multi-dimensional flow analysis can provide information on the flow uniformity and pressure loss inside the propellent manifold, from which the design selection can be performed during the conceptual design phase. Multi-disciplinary performance analysis of the thurst chamber can also provide key information on performance-related design issues such as fuel film cooling and thermal barrier coating conditions. Further efforts should be made to develop numerical models to resolve the mixing and combustion characteristics of LOX/kerosene near the injection face plate.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2006.11a
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pp.135-138
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2006
We developed an engine system design program by balancing the pressure-mass-power relation which can be acquired from each component's specification. In gas generator type open-cycle rocket engine system it is possible to distinguish the variables into two categories, which are input variables and requirement variables. We define 11 design variables corresponding to the 11 balance equations as functions of pressure, mass and power of target engine system. We solved these equations by Newton method. As an example we designed gas generator cycle engine system and finally we could conclude that this developed program is well suited to the engine system design.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.11a
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pp.107-110
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2009
A basic design for a Technical Development Model (TDM) of liquid oxygen lines from the turbopump exit to the oxidizer valves of the combustion chamber and the gas generator was conducted to develop a turbopump-fed liquid rocket engine. The TDM is composed of straight lines, elbows, bellows, a branch, an orifice, flanges and a heat insulator. Materials were determined by consideration of operation conditions, weight constraint and manufacturing procedures. The size and the location of each component were determined by flow analysis of the required flowrate and the pressure loss. Basic designs of the components were conducted by consideration of the operating temperature and the maximum expectation operating pressure. The safety factors were evaluated by structural analysis of design of each component.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.1
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pp.88-95
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2015
This paper considers the effects of propellant mixture ratio and loading errors on the performance of a liquid rocket. Propellant residuals generated by error sources are analyzed for a launch vehicle model whose first stage consists of a cluster rocket of four 75-tonf class engines using a statistical Monte-Carlo approach and then the optimal fuel biases minimizing residuals are computed. The results are validated through comparison with analytic method using approximate formula, which have been applied for other space launch vehicles.
Kim, Jong-Gyu;Ahn, Kyu-Bok;Joh, Mi-Ok;Choi, Hwan-Seok
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.454-456
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2012
Conceptual design results of a thrust chamber for a 7 tonf-class liquid rocket engine of KSLV-II 3rd stage were described. The engine system for KSLV-II 3rd stage is pump-fed system, the thrust chamber has vacuum thrust of 6.9 tonf, vacuum specific impulse of 336.9 sec, chamber pressure of 70 bar, nozzle expansion ratio of 94.5, total propellant mass flow rate of 20.5 kg/s, mixture ratio(O/F) of 2.45. The thrust chamber consists of mixing head with 90 coaxial swirl injectors and regeneratively combustion chamber cooled by kerosene.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.7
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pp.517-524
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2019
A system design has been performed for a vacuum thrust 88 ton staged combustion cycle rocket engine. Previous research has been used to estimate the performance of the engine components. And the algorithm has been proposed to evaluate the converged engine system performance. The present methodolgy has been verified by comparing the published data for RD-180. The present work adopts the most of the previous KSLV-II engine heritage for both performance improvement and cost competitiveness. The combustion pressure has been decided as 12MPa considering manufacturing difficulty, cost and performance improvement, and as a result the vacuum specific impulse has increased by 23.4s.
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