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제안 방법
- 산화제는 기체 산소를 사용하였으며 압력조절기와 오리피스를 사용하여 일정한 유량으로 공급하였고 공급 유량은 TFM (turbine flow meter)으로 측정하였다.
- 따라서 본 연구에서는 고체연료를 분할법 (Separation method)으로 연소 전 처리하는 방법과 절삭법(Cutting method)으로 연소 후 처리 하는 방법을 사용하여 축 방향으로의 국부 후퇴율 변화를 측정하였다. 축 인젝션의 경우에는 분할법을 사용하여 국부 후퇴율의 변화를 살펴 보았으며, 스월 인젝션을 사용하였을 경우에는 분할법과 절삭법을 이용하여 국부 후퇴율 변화를 측정하고 축 인젝션의 결과와 비교하여 전체 후퇴율 개선 효과와 국부 후퇴율 변화 특성을 살펴보았다.
- 또한 절삭법은 분할하지 않은 연료 그레인을 연소 후에 구간별로 절삭하고 남은 연료의 무게를 측정하여 국부 후퇴율을 계산 하였다.
- 본 연구에서 사용한 스월 인젝터의 형상은 Fig. 3과 같으며 기하학적 스월 상수 값 5를 가지는 접선형 스월 인젝터로 설계하였다. 기하학적 스월 상수는 산화제 유동의 선회 강도를 나타내는 변수로서 스월 인젝터의 입 · 출구 개수와 형상에 따라 결정된다.
- 분할법을 이용한 경우 고체연료를 10 mm, 20 mm로 분할하여, 고체 총 연료길이가 250 mm와 200 mm가 되도록 연료 그레인을 구성하였다. 분할한 연료조각을 하나의 그레인으로 구성하기 위해 알루미늄 파이프로 제작한 모터 케이스 안에 연료 조각을 차례로 적층하였다. 그레인의 양 끝단에서 연소율의 차이가 크게 나타날 것으로 예상되어, 길이가 짧은 연료조각을 배치하였다.
- 연소 시 획득 데이터는 전 ·후방 연소실 압력, 산화제 공급 유량, 산화제 공급 온도, 산화제 공급 압력, 추력이며 정확한 추력 측정을 위하여 연소기를 LM 가이드 위에 장착하여 저항을 최소화 하였다.
- 연소기는 실험 조건에 따라 인젝터의 형태를 축 인젝터 장치와 스월 인젝터로 구분하여 장착하였고, 전 · 후방 연소실, 연료 그레인, 노즐로 구성되며 구리로 제작된 노즐은 물 냉각을 하였다.
- 이러한 문제점 때문에 스월 인젝터를 적용할 경우 분할법으로 측정한 국부 후퇴율은 오차가 클 것으로 사료되어 후처리 방법인 절삭법을 고려하였다. 절삭법은 단일 그레인을 사용하여 연소 실험을 수행한 후 연료를 단위 길이로 절삭 하여 국부 후퇴율을 측정하였다.
- 점화 장치로는 전방연소실(pre-chamber)에 장착된 부탄, 산소 공급 배관으로 유입된 혼합기에 불꽃(spark)을 가해 점화하는 방식을 사용하였으며 스월 인젝터를 사용하였을 경우 강한 선회 유동이 발생하더라도 안정적인 점화가 가능했다.
- 축 인젝션의 경우에는 분할법을 사용하여 국부 후퇴율의 변화를 살펴 보았으며, 스월 인젝션을 사용하였을 경우에는 분할법과 절삭법을 이용하여 국부 후퇴율 변화를 측정하고 축 인젝션의 결과와 비교하여 전체 후퇴율 개선 효과와 국부 후퇴율 변화 특성을 살펴보았다.
- 하이브리드 로켓의 고체 연료 축 방향 후퇴율의 국부 변화율을 축 인젝터과 스월 인젝터를 사용하여 확인하였다. 실험에서는 국부 후퇴율의 측정을 위해 연료를 연소 전 분할하는 방법과 연소 후 절삭하는 간단한 방법을 고려하였다.
이론/모형
- 이러한 문제점 때문에 스월 인젝터를 적용할 경우 분할법으로 측정한 국부 후퇴율은 오차가 클 것으로 사료되어 후처리 방법인 절삭법을 고려하였다. 절삭법은 단일 그레인을 사용하여 연소 실험을 수행한 후 연료를 단위 길이로 절삭 하여 국부 후퇴율을 측정하였다.
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