In the solid rocket motor (SRM), a thrust of rocket is generated by a nozzle so it is very important device. The nozzle of SRM is a condition of high temperature and high pressure so occurs the erosion by combustion gas. The liquid rocket propulsion systems (LRPSs) cools the nozzle by the fuel and oxidizer but SRM does not cool the nozzle. This paper deal with the development of the oxy-acetylene torch tester and investigate the thermochemical erosion properties for the thermal insulation materials of the graphite rocket nozzle throat through the experiment. The results of experiments are compared with the results of Theoretical model and identify the key factors affecting of erosion. The results is in good agreement with the experimental data.
A numerical study is done on the thrust vector control using gaseous secondary injection in the rocket nozzle. A commercial code, PHOENICS, is used to simulate the rocket nozzle flow. A $45^{\circ}-15^{\circ}$ conical nozzle is adopted to do numerical experiments. The flow in a rocket nozzle is assumed a steady, compressible, viscous flow. The exhaust gas of the rocket motor is used as an injectant to control the thrust vector of rocket at the constant rate of secondary injection flow. The injection location which is on the wall of rocket is chosen as a primary numerical variable. Computational results say that if the injection position is too close to nozzle throat, the reflected shock occurs. On the other hand, the more mass flow rate of injection is needed to get enough side thrust when the injection position is moved too far from the throat.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.23
no.5
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pp.101-106
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2019
Carbon deposition on the turbine nozzle throat of a LOx/kerosene gas generator cycle(open cycle) engine causes performance reduction of the engine. Estimation methods for a turbine nozzle throat area are proposed. The discharge coefficient of the turbine nozzle was estimated with the turbine gas properties such as gas constant, specific heat ratio, and temperatures. The pressure ratio and temperature ratio of the turbine nozzle throat, was utilized to estimate the discharge coefficient also. Estimated discharge coefficient of turbine nozzle throat of KSLV-II 1st stage engine shows the carbon deposition effects on the turbine nozzle throat of a LOx/kerosene open cycle engine.
Kim, Jinsoo;Kim, Kyungsik;Cho, Seunghwan;Kwon, Youngdoo;Kwon, Soonbum
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.2
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pp.24-30
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2013
To guarantee the exact control of missile warhead, it is inevitable to ensure the stabilities in the view points of structural and fluid/thermo dynamics of the rocket motor. Specially, despite of shortness in operating time of the rocket motor which is initial turning type of missile, it occurs frequently some problems of ablation at the neighborhood of the nozzle throat, with the result that the system itself gets to failure. In these connections, in the present study, the effect of the operating time of a rocket motor on the coefficient of convective heat transfer at the nozzle wall is investigated by numerical analysis. As a result, it is turned out that the heat transfer coefficient is largest at the just ahead of nozzle throat and decreases with the increase of operating time of the rocket motor. Furthermore, we found that the radius of curvature of throat becomes smaller, the maximum coefficient of convective heat transfer becomes larger.
The solid rocket motor(SRM) consists of a motor case, igniter, propellants, nozzle, insulation, controller, and driving device. The liquid rocket propulsion systems(LRPSs) cools the nozzle by the fuel and oxidizer but SRM does not cool the nozzle. The nozzle of SRM is high temperature condition and high velocity condition so occurs the erosion by combustion gas. This erosion occurs the change of nozzle throat and reduces thrust performance of rocket. The material of Rocket nozzle is minimization of erosion and insulation effect and endure the shear force, high temperature and high pressure. The purpose of this study is to investigate the erosion characteristics of solid rocket nozzles by each combustion time. Through the structure inspection of Graphite and C-C composite, identify the characteristics of the microstructure before and after erosion.
Seo, J.I.;Jeong, J.H.;Kim, Y.I.;Kim, J.H.;Song, D.J.;Bai, C.H.
Proceedings of the KSME Conference
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2001.06e
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pp.282-287
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2001
The CSCM Upwind method and Material Transport Analysis (MTA) have been used to predict the thermal response and ablation rate for non-charring material to be used as thermal protection material (TPM) in KSR-III test rocket nozzle. The thermal boundary conditions such as cold wall heat-transfer rate and recovery enthalpy for MTA code are obtained from the upwind Navier-Stokes solution procedure. The heat transfer rate and temperature variations at rocket nozzle wall were studied with shape change of the nozzle surface as time goes by. The surface recession was severely occurred at nozzle throat and this affected nozzle performance such as thrust coefficient substantially.
A numerical study of axisymmetric rocket main nozzle flow has been accomplished. The CSCM upwind flux difference splitting method with an iterative time marching scheme having second order accuracy in time and space has been used to simulate unsteady flow characteristics in an axisymmetric rocket main nozzle. Though the pressure vary at nozzle inlet with the lapse of time, Mach No. and the density were not changed significontly compared with the temperature. Specific heat ratio $\gamma$=1.134 predicted higher temperature at nozzle throat and exit and nondimensional thrust coefficients at exit than specific heat ratio $\gamma$=1.4 did.
Kim, Young-Han;Park, Sung-Jin;Ryu, Chul-Sung;Kim, Yong-Wook;Han, Sang-Yeop;Kim, Byung-Hun
한국연소학회:학술대회논문집
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2003.05a
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pp.51-55
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2003
In this research, authors tried to measure the shape of the nozzle throat of KL-3 engines, which is the main engine of KSR-III rocket, to find the increase of nozzle area caused by the thermal ablation. For the purpose, we invented an image-based method instead of the 3D pointer, which is actually inaccessible to such large scale engines. As a result, our equipment showed satisfactory accuracy and performance. Analysing the results of experiments, we find that the pattern of ablation is determined by the spray pattern and that the process of thermal ablation phenomena can be categorized in three regimes - the first regime that the shape of nozzle throat is maintained and ablation is negligible, the second regime that saw-tooth form is developed and ablation is accelerated, and the third regime that the saw-tooth form is already established and the growth of ablation rate is reduced. Also, we find that the ratio of area increase after 60 seconds combustion is +5.82% and conclude that this figure is acceptable and satisfactory.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.100-105
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2002
This paper predicts the material properties of spatially reinforced composites (SRC) and analyzes the thermo-elastic behavior of a kick motor nozzle manufactured from that material. To find the appropriate SRC structure for the nozzle throat that satisfies given design conditions, the equivalent material properties of the SRC are predicted using the superposition method for those of rod and matrix. Studied are the elastic behavior, temperature distribution, and thermo-elastic behavior of a kick motor nozzle composed of carbon/carbon SRC as a throat part. The elastic deformation of the nozzle composed of 3D carbon/carbon SRC shows asymmetry in a circumferential direction. However, 4D carbon/carbon SRC nozzle shows uniform deformation in the circumferential direction. Stress concentration in connecting parts of the kick motor nozzle is ultimately high due to the high temperature gradient in each connecting part. The thermo-elastic deformations of both the 3D and the 4D SRC nozzles are uniform in the circumferential direction due to the isotropy of CTE of each SRC. The deformation of the 3D SRC nozzle is a slightly smaller than that of the 4D SRC nozzle in the nozzle throat, which is favorably effective on rocket thrust. The circumferential stress is the most critical component of the kick motor nozzle. The 4D SRC nozzle having 1,1,1,1.7 diameters in each direction has the smallest circumferential stress among several SRC nozzles.
This paper predicted the engineering constants of spatially reinforced carbon/ carbon composites and analyzed the mechanical behaviour of the kick motor nozzle. Those equivalent engineering constants are used to analyze the mechanical behaviour of the kick motor nozzle. Because the distribution of equivalent engineering constants is varying as change its structure, we made a program to predict engineering constants of spatially reinforced composites. The kick motor nozzle consists of graphite or spatially reinforced carbon/ carbon composites for the nozzle throat, carbon/ phenol for the nozzle entrance and the expansion part, and steel for the outer surface of the expansion part. The 4-D carbon/ carbon composite shows the smallest deformed shape of the nozzle throat, which has a favorable effect on the rocket thrust, and the most uniform deformation of all nozzle throat materials. In addition to analysis, ground firing tests of 4D C/ C nozzle throat and graphite nozzle throat were performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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