본 연구에서는 로켓 모타의 추진제 점화 특성을 살펴보기 위하여 혼합형, 복기 및 니트라민 추진제를 대상으로 압력 변화에 따른 점화지연시간을 아크 이미지를 이용하여 측정하였다. 추진제 표면의 반사에너지를 측정하기 위하여 광섬유 표면반사계를 사용하였다. 추진제 점화성은 복기 추진제 > 혼합형 추진제 > 니트라민 추진제 순으로 나타났으며, 니트라민 추진제 점화에 가장 큰 점화 에너지가 필요했으나 압력이 $75{\sim}400$ psia 범위로 상승함에 따라 니트라민 추진제의 점화 지연 시간은 급격히 감소하였다. 카본 블랙, ZrC 및 WC 등의 소량의 오페시화이어를 첨가함으로써 추진제 표면의 흡수도를 증가시킬 수 있었다.
본 연구에서는 로켓 모타의 추진제 점화 특성을 살펴보기 위하여 혼합형, 복기 및 니트라민 추진제를 대상으로 압력 변화에 따른 점화지연시간을 아크 이미지를 이용하여 측정하였다. 추진제 표면의 반사에너지를 측정하기 위하여 광섬유 표면반사계를 사용하였다. 추진제 점화성은 복기 추진제 > 혼합형 추진제 > 니트라민 추진제 순으로 나타났으며, 니트라민 추진제 점화에 가장 큰 점화 에너지가 필요했으나 압력이 $75{\sim}400$ psia 범위로 상승함에 따라 니트라민 추진제의 점화 지연 시간은 급격히 감소하였다. 카본 블랙, ZrC 및 WC 등의 소량의 오페시화이어를 첨가함으로써 추진제 표면의 흡수도를 증가시킬 수 있었다.
The objective of the present work is to characterize design parameters of solid propellant ignitor for composite, double base, and nitramine propellants using arc image furnace. Arc image furnace and fiber optics surface reflectometer were used to measure ignition delay time and reflected optical en...
The objective of the present work is to characterize design parameters of solid propellant ignitor for composite, double base, and nitramine propellants using arc image furnace. Arc image furnace and fiber optics surface reflectometer were used to measure ignition delay time and reflected optical energy of several compositions of composite, double base and nitramine base rocket propellant at different pressure levels each other. The order of ignitability was double base > composite> nitramine propellants at initial pressure of over 75 psia. The highest ignition energy was needed to ignite nitramine propellant, however, the ignition delay time decreased abruptly as the pressure increased up to the range of $75{\sim}400$ psia. The absorbtion of radiation energy could be increased by the addition of small amount of opacifiers as carbon black, ZrC, WC and burning catalyst.
The objective of the present work is to characterize design parameters of solid propellant ignitor for composite, double base, and nitramine propellants using arc image furnace. Arc image furnace and fiber optics surface reflectometer were used to measure ignition delay time and reflected optical energy of several compositions of composite, double base and nitramine base rocket propellant at different pressure levels each other. The order of ignitability was double base > composite> nitramine propellants at initial pressure of over 75 psia. The highest ignition energy was needed to ignite nitramine propellant, however, the ignition delay time decreased abruptly as the pressure increased up to the range of $75{\sim}400$ psia. The absorbtion of radiation energy could be increased by the addition of small amount of opacifiers as carbon black, ZrC, WC and burning catalyst.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
또한, 추진제 표면에서의 복사에너지 반사량을 광섬유 표면 반사계 (fiber optics surface reflectometer)를 이용하여 측정하고, 그 결과를 아크 이미지에 의한 추진제 점화에너지 측정 결과의 보정에 이용하여 보다 정확한 시험 결과를 얻고자 하였다. 그리고 보정된 복사 에너지를 이용하여, 압력과 복사 에너지 양의 변화에 따라 혼합형, 복기 및 니트라민 추진제의 점화 에너지와 점화 특성을 살펴보고자 하였다.
비교하였다. 또한, 추진제 표면에서의 복사에너지 반사량을 광섬유 표면 반사계 (fiber optics surface reflectometer)를 이용하여 측정하고, 그 결과를 아크 이미지에 의한 추진제 점화에너지 측정 결과의 보정에 이용하여 보다 정확한 시험 결과를 얻고자 하였다. 그리고 보정된 복사 에너지를 이용하여, 압력과 복사 에너지 양의 변화에 따라 혼합형, 복기 및 니트라민 추진제의 점화 에너지와 점화 특성을 살펴보고자 하였다.
본 연구에서는 고체상에서의 열전도 현상을 이용하는 점화현상 설명이 가능한 아크 이미지를 사용하여 추진제 조성 변화에 따른 점화 특성을 비교하였다. 또한, 추진제 표면에서의 복사에너지 반사량을 광섬유 표면 반사계 (fiber optics surface reflectometer)를 이용하여 측정하고, 그 결과를 아크 이미지에 의한 추진제 점화에너지 측정 결과의 보정에 이용하여 보다 정확한 시험 결과를 얻고자 하였다.
가설 설정
0%를 각각 얻었다. 실제 추진제를 이용한 측정에서는 복사 에너지 반사량을 측정하기 위하여, 같은 조건의 광섬유 표면 반사계에서 표준시료 값 (BaSCd 펠릿)을 100% 반사량으로 가정하였다.
제안 방법
산화제로 RDX를 사용하는 니트라민 추진제 D 에 대하여 아크 이미지를 이용하여 초기압력을 15, 75, 400 psia로 변화시키면서, 광섬유 표면반사계에 의하여 보정된 복사 에너지의 변화에 따라 측정된 점 화지연시 간의 결과를 Fig. 6의 그래프에 나타내었다.
2에 나타내었다. 이 장치는 주요 에너지원인 복사에너지를 변화시키면서, 일정온도에서 연소실 내의 초기압력변화에 따라 고체추진제의 점화 에너지를 측정한다. 주요장치는 1차 및 2차 반사경(알루미늄 코팅 오목거울), 제논 아크 램프(4200 W, Christie Electric Co.
대상 데이터
주요구성품은 전원 공급 부위, 점화기, 시편 홀더, 광섬유 케이블과 측정 부위로 구성되어 있다. 복사에너지원으로는 아크 이미지에서 사용한 것과 동일한 파장 범위를 가지며 에너지는 상당히 작은 제논 아크 램프(150 W)를 사용하였다. 에너지는 전원의 전류 변화와 셔터를 열어주는 시간에 의해 조절 가능하였다.
이 장치는 주요 에너지원인 복사에너지를 변화시키면서, 일정온도에서 연소실 내의 초기압력변화에 따라 고체추진제의 점화 에너지를 측정한다. 주요장치는 1차 및 2차 반사경(알루미늄 코팅 오목거울), 제논 아크 램프(4200 W, Christie Electric Co.), 고속 셔터 시스템, 시편 연소실, 제어부로 구성되어 있다. Fig.
성능/효과
1. 혼합형 추진제 2종과 RDX함량이 55% 이상인 니트라민 추진제 2종 및 복기형 추진제 2종의 점화성을 아크이미지를 이용하여 평가한 결과, 75 psia 이상에서는 복기형과 혼합형 추진제의 점화성은 유사하고, 니트라민 추진제의 점화성이 제일 떨어졌으며, 이들 추진제의 log 와 log q 의 기울기는 (-1)과 (-2)사이로 나타났다.
2. 광섬유 표면 반사계를 이용하여 추진제의 복사에너지 흡수도를 측정한 결과, 카본 블랙 및 ZrC 등의 오페시화이어가 함유된 추진제의 흡수 도가 92% 이상으로 크게 나타났다.
3. ZrC와 WC 등의 오페시화이어를 추진제 표면에 코팅함으로 점화성을 크게 증가시킬 수가 있었으며, ZrC가 WC보다 더 우수하였다.
2% 의 복사 에너지 반사량을 보였다. A와 C 추진제의 색은 회색과 흰색인 반면, 후자인 B와 D 추진제의 색은 흑연과 카본 블랙이 각각 0.5%와 0.1% 함유된 검정색으로 복사 에너지 반사량에 크게 영향을 준 것으로 판단된다. NC와 NG가 주조성인 복기 추진제인 N-5와 AA-2의 반사량은 각각 45.
10에 나타내었다. Fig. 9에서 볼 수 있듯이 초기 압력이 75 psia일 때에는 추진제 종류에 따른 점화 지연시간은 니트라민추진제 > 혼합형 추진제 > 복기 추진제 순으로니트라민 추진제의 점화 지연시간이 가장 크게 나타났으며, 혼합형 추진제는 복기 추진제와 점화 지연시간이 비슷하였다.
N-5와 AA-2 추진제는 초기 압력이 15 psia로 낮은 경우에는 복사 에너지의 증가와 관계없이 점화지연 시간이 크게 나타났고, 니트라민 추진제의 점화 특성과 거의 유사한 경향을 보였다. 압력이 75 psia에서는 복사 에너지량 증가에 따라 점화 지연시간이 급격히 감소하고 점화성도 좋은 것으로 나타났으며, 압력이 400 psia로 높은 경우에서는 압력이 75 psia일 때와 비교해서 점화 지연시간이 약간 더 감소하는 경향을 보였다.
1% 함유된 검정색으로 복사 에너지 반사량에 크게 영향을 준 것으로 판단된다. NC와 NG가 주조성인 복기 추진제인 N-5와 AA-2의 반사량은 각각 45.3%와 39.7%로 비교적 큰 값을 나타내었다.
에너지는 전원의 전류 변화와 셔터를 열어주는 시간에 의해 조절 가능하였다. 난반사 표준물질인 BaSO4 펠릿을 제논 아크 램프의 주요 파장 영역인 0.8 um와 0.9 um에서 분광 광도계로 반사량을 측정한 결과, 99.7%와 99.0%를 각각 얻었다. 실제 추진제를 이용한 측정에서는 복사 에너지 반사량을 측정하기 위하여, 같은 조건의 광섬유 표면 반사계에서 표준시료 값 (BaSCd 펠릿)을 100% 반사량으로 가정하였다.
복사 에너지에 의한 복기 추진제의 점화 특성은 카본 블랙과 연소 촉매 등에 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 납 화합물과 같은 연소 촉매를 더 많이 함유하고 연소 속도가 더 빠른 AA-2 추진제가 N-5 추진제에 비해 점화 지연시간이 더 짧게 나타났다. 복기 추진제는 75 psia 이상의 압력에서는 압력의 영향이 적고 복사 에너지의 영향이 더 큰 것으로 나타났으며, 대체적으로 점화성은 양호한 것으로 나타났다.
11에 나타내었다. 압력 증가에 따라 추진제 표면에 오페시화이어 물질을 코팅하지 않은 시료에 비해 ZrC와 WC를 코팅한 추진제가 점화 지연 시간이 현저히 감소함을 나타냈다. 또한, 같은 오페시화이어 물질에서도 ZrC가 WC보다 점화 지연시간이 감소 경향이 현저함을 보여주고 있다.
보였다. 압력이 75 psia에서는 복사 에너지량 증가에 따라 점화 지연시간이 급격히 감소하고 점화성도 좋은 것으로 나타났으며, 압력이 400 psia로 높은 경우에서는 압력이 75 psia일 때와 비교해서 점화 지연시간이 약간 더 감소하는 경향을 보였다. 복사 에너지에 의한 복기 추진제의 점화 특성은 카본 블랙과 연소 촉매 등에 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 납 화합물과 같은 연소 촉매를 더 많이 함유하고 연소 속도가 더 빠른 AA-2 추진제가 N-5 추진제에 비해 점화 지연시간이 더 짧게 나타났다.
초기 압력이 15 psia로 낮은 경우에는 복사 에너지의 증가와 관계없이 거의 점화가 일어나지 않았으며, 초기 압력이 75 psia와 400 psia로 증가하면서 복사 에너지의 증가에 따라 점화도 용이하고 점화지연시간도 크게 감소함을 보였다.
또한, 같은 오페시화이어 물질에서도 ZrC가 WC보다 점화 지연시간이 감소 경향이 현저함을 보여주고 있다. 추진제의 점화 특성에 가장 중요한 요소인 점화지연 시간을 감소시키기 위해서는 오페시화이어인 카본블랙, ZrC, WC와 연소 촉매 등의 첨가로 복사에너지 흡수도를 증가시키고, 적합한 점화 이론의 적용과 압력 영향에 따른 점화 특성을 고려하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
참고문헌 (5)
Committee on Standardization of Arc Image Propellant Ignition Measurement, "Arc Image Ignition Brochure", CPIA Pub. No. 238, 1973
Kuo K.K. and Summerfield M., "Fundamentals of Solid Propellant Combustion", Vol. 90, 1984
Duterque J. and Leugelle G., "Combustion Mechanisms of Nitramine Propellants with Additives," AIAA-88-3253, 1988
Fleming R.W., and Derr R.L., "An Investigation of Nonreactive Surface coatings for use in Solid Propellant Arc Image Ignition Studias", AD-A019402, 1975
Ohlemiller T.J., Caveny L.H., DeLuca L., and Summerfield M., "Dynamic Effects on Ignitability Limits of Solid Propellants Subjected to Radiotive Heating", 14th Symposium(International) on combustion Institute, Pittsburgh, PA, 1973, pp. 1297-1307
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.