본 연구는 로켓 모타의 추진제 점화 특성을 살펴보는 데 그 목적이 있으며 아크 이미지 고온 오븐을 사용하여 혼합형, 복기 그리고 니트라민 추진제를 대상으로 압력 변화에 따라서 점화지연시간을 측정하였다. 추진제 표면의 반사에너지를 측정하기 위해 광섬유 표면 반사계를 사용하였다. 추진제 점화성은 복기 추진제 > 혼합형 추진제 > 니트라민 추진제 순이었으며, 니트라민 추진제 점화에 가장 큰 점화 에너지가 필요했으나 압력이 $75{\sim}400$ psia 범위로 상승함에 따라 점화 지연 시간은 급격히 감소하였다. 소량의 오페시화이어를 첨가함으로써 흡수도를 증가시킬 수 있었다.
기존에 사용되고 있는 대부분의 추진물질들은 연소 시 이산화탄소, 염산가스 등의 환경유해 물질을 다량 발생시킨다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위한 테트라진 계열의 저탄소 고질소 화합물인 DAAT의 합성공정을 확립하였다. 또한, 문헌에 빠져있는 구체적인 공정법 및 특성 분석 결과를 서술하였다. 그리고 분광분석(NMR, IR)을 통한 DAAT의 구조분석과 열, 충격, 마찰 안정성을 측정하였고, Gaussian 09와 EXPLO5를 이용하여 생성열과 폭발 특성(폭압, 폭속) 등을 계산하였다.
본 연구에서는 바인더로 HTPE)/BuNENA를 적용하고 산화제로는 AP와 AN, 금속 연료로 Al을 사용한 HTPE 둔감 추진제 2종에 대한 연소속도, 점화지연시간, 민감도 및 둔감특성을 HTPB 추진제와 비교 고찰하였다. 민감도는 HTPB 추진제와 HTPE 추진제가 유사하게 나타났으며, 점화지연시간은 HTPE 추진제가 2~3배 크게 나타났고, 둔감성에서는 HTPB 추진제가 EIDS 완속가열시험 기준을 만족시키지 못한 반면 HTPE 추진제는 기준에 부합하였다.
수치해석을 통하여 고에너지물질의 초음속 화염 전파에 대한 틈새(gap)의 효과를 연구하였다. 특성음향임피던스(characteristic acoustic impedance) 이론을 적용하여, 고폭약 및 고체추진제의 틈새(gap) 실험과 관계된 반사와 투과 현상들에 대한 이해를 추구하였다. 한편, 여러 개의 틈새(gap)가 위치하고 있는 화약의 한 끝에 초음속 화염이 발생되도록 하여, 여러 틈새(gap)에 전파되나가는 연속적인 화염에 대한 이해를 시도하였다. 이러한 고차원 다물질 해석을 통해, 충격하중 하에서의 고에너지 물질의 반응 특성이 물질 간격 동특성에 의하여 어떠한 영향을 받는지 이해할 수 있다.
본 연구에서는 열가소성 추진제의 성능을 보완하기 위해 GAP(Glycidyl Azide Polymer)이 45% 함유된 고에너지 열가소성 바인더와 고에너지가소제(DEGDN), 니트라민계 산화제(RDX)를 사용하였고 기존 열가소성 추진제보다 약 7% 더 높은 성능을 가진 열가소성 추진제 제조 내용과 이의 특성에 대해 기술하였다. 개발된 고에너지 열가소성(ETPE) 추진제는 기존 열가소성 추진제와 유사한 기계적 물성을 나타내었으며 연소속도는 더 느리고 압력지수는 더 높게 나타났다.
본 연구에서 축 방향으로 충전 된 이종 추진제를 적용 이중 추력 추진기관의 성능 예측/해석 방법을 개발하였다. 부스터로부터 서스테이너 단계로 천이될 때 계면에서 성능에 관한 과도현상이 발생하였는데, 그 과도현상의 원인과 특성을 연소시험 결과와 함께 비교하여 조사하였다. 성능과도 현상은 추진제 물성이 서로 다른 추진제 사이 형상설계뿐만 아니라, 추진제 경화 수축에 따른 제작상 오차에 의해 민감하게 발생되고 있음을 확인되었다.
복기 추진제인 N-5 추진제에 4종의 금속선(Ag, Cu, Al, Ni-Cr선)을 삽입하여 연소 특성을 고찰하여 보았다. 금속선이 삽입된 복기 추진제의 연소속도 증가비($r_w$/$r_sb$)는 Ag선 > Cu선 > Al선 > Ni-Cr선의 순으로서 금속선의 열확산 계수의 크기 순과 일치하였다. 금속선을 삽입한 N-5추진제의 $r_w$/$r_sb$는 단열 불꽃 온도와 구조의 차이에 의하여 혼합형 추진제보다 작게 나타났다. 복기 추진제에 열확산 계수가 비교적 큰 Ag, Cu, Al선을 삽입한 경우, 금속선이 삽입되지 않은 추진제에서 나타난 plateau와 mesa 연소 특성이 사라진 반면 열확산 계수가 작은 Ni-Cr선을 삽입한 경우에서는 plateau와 mesa 연소 특성이 그대로 존재했다.
로켓엔진을 시동할 때 사용하는 터보펌프 시동기를 개발하기 위한 개발로직을 검토하고 기초실험을 통해 요구조건과 설계인자의 적용범위를 도출하였다. 시동기에 사용하는 고체추진제인 AN계 복합추진제는 고-에너지의 가소제와 냉각제를 사용하고 상온에서 AN의 상변화에 따른 급격한 부피변화를 완화하는 상안정화를 적용하였다. 시동기 설계를 위한 기초실험을 통해 추진제의 연소속도는 $0.2{\sim}0.3\;mm/s$ 이며 압력지수는 $0.3{\sim}0.6$ 범위인 경우 충분한 안정성을 확보함을 확인하였다. 신뢰성 있게 파이로 시동기를 작동하기 위해서는 점화에너지의 크기 및 점화에너지 전달방법이 중요하였으며, 선정한 AN계 복합추진제의 안정한 점화를 위한 화염온도의 하한한계는 1400 K로 평가되었다.
Kim, Youn-Jung;Choi, Han-Saem;Song, Mi-Kyung;Youk, Da-Young;Kim, Ji-Hee;Ryu, Jae-Chun
Molecular & Cellular Toxicology
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제5권2호
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pp.172-178
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2009
Nanoparticles are small-scale substances (<100 nm) with unique properties, complex exposure and health risk implications. Aluminum oxide ($Al_2O_3$) nanoparticles (NP) have been widely used as abrasives, wear-resistant coatings on propeller shafts of ships, to increase the specific impulse per weight of composite propellants used in solid rocket fuel and as drug delivery systems to increase solubility. However, recent studies have shown that nano-sized aluminum (10 nm in diameter) can generate adverse effects, such as pulmonary response. The cytotoxicity and genotoxicity of $Al_2O_3$ NP were investigated using the dye exclusion assay, the comet assay, and the mouse lymphoma thymidine kinase (tk$^{+/-}$) gene mutation assay (MLA). IC$_{20}$ values of $Al_2O_3$ NP in BEAS-2B cells were determined the concentration of 273.44 $\mu$g/mL and 390.63 $\mu$g/mL with and without S-9. However IC$_{20}$ values of $Al_2O_3$ NP were found nontoxic in L5178Y cells both of with and without S-9 fraction. In the comet assay, L5178Y cells and BEAS-2B cells were treated with $Al_2O_3$ NP which significantly increased 2-fold tail moment with and without S-9. Also, the mutant frequencies in the $Al_2O_3$ NP treated L5178Y cells were increased compared to the vehicle controls with S-9. The results of this study indicate that $Al_2O_3$ NP can cause primary DNA damage and cytotoxicity but not mutagenicity in cultured mammalian cells.
Perchlorate is used in a number of applications as an oxidizer in solid propellants, munitions and fireworks and is one of the endocrine disrupting chemicals, which interferes with iodide uptake into the thyroid gland. The purpose of this study was to investigate perchlorate occurrence and distribution with a results of analysis of 94 samples collected from military facilities in Korea from October 11 to October 23, 2011. Overall, among all of the 94 samples analyzed, perchlorate was detected in 6.4% of the total number of samples above $4{\mu}g/L$ (minimum reported limit) and the average concentration was $26.1{\mu}g/L$ and the maximum concentration was $107.7{\mu}g/L$ which was observed in surface water near manufacturing site of ammunition. By site classification, perchlorate was detected at one site in 4 manufacturing sites of ammunition and the maximum concentration was $107.7{\mu}g/L$ which was six times higher than that in guideline for perchlorate in Nakdong River and resulted from point source discharge. Perchlorate was detected at 3 sites in 78 measurements for shooting area and the maximum concentration was $12.4{\mu}g/L$ which was collected in dringking water and perchlorate in another sample was detected above MRL in shooting area was collected right away after shooting. These results showed that long term monitoring was needed considering weather conditions and shooting schedules.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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