Two-stage light-gas gun은 짧은 시간동안 초고압을 발생시키기 용이하므로, 현재까지 고속충격역학, 발사체 공기역학, 재료역학 등 다양한 공학 분야에서 활용되어 왔다. 일반적으로 2단식 경가스총은 고압실, 압축실 그리고 발사관으로 비교적 간단한 구조로 구성되며, 각 부분은 격막에 의해 구분되어있다. 본 연구는 2단식 경가스총을 초고압 액체 제트 분사에 적용하기 위한 기초적 연구로서, 고압실 하류에 설치된 제1격막의 파막 압력의 변화에 따른 발사체의 속도 변화 및 관내 압력 거동을 조사하였다. 그 결과, 제1격막이 파막 되는 압력은 피스톤의 가속에 큰 영향을 미치며, 피스톤이 가속될수록 고압을 생성하는데 용이하였다.
Two-stage light-gas gun은 짧은 시간동안 초고압을 발생시키기 용이하므로, 현재까지 고속충격역학, 발사체 공기역학, 재료역학 등 다양한 공학 분야에서 활용되어 왔다. 일반적으로 2단식 경가스총은 고압실, 압축실 그리고 발사관으로 비교적 간단한 구조로 구성되며, 각 부분은 격막에 의해 구분되어있다. 본 연구는 2단식 경가스총을 초고압 액체 제트 분사에 적용하기 위한 기초적 연구로서, 고압실 하류에 설치된 제1격막의 파막 압력의 변화에 따른 발사체의 속도 변화 및 관내 압력 거동을 조사하였다. 그 결과, 제1격막이 파막 되는 압력은 피스톤의 가속에 큰 영향을 미치며, 피스톤이 가속될수록 고압을 생성하는데 용이하였다.
Light gas guns have a large number of applications in various fields of engineering. A two-stage light-gas gun can produce an extremely high pressure in a very short interval of time. In general, the two-stage light-gas gun is made up of a high pressure tube, a compression tube and a launch tube, ea...
Light gas guns have a large number of applications in various fields of engineering. A two-stage light-gas gun can produce an extremely high pressure in a very short interval of time. In general, the two-stage light-gas gun is made up of a high pressure tube, a compression tube and a launch tube, each stage being separated by diaphragms. This can be employed efficiently in the application of ultra-high pressure liquid jets. In the present study, experiments are carried out to investigate the projectile velocity and pressure behavior in the tubes according to the pressure changes at the frist diaphragm opening. In the present study result was found that the rupture pressure of the first diaphragm has a dominant influence on piston acceleration.
Light gas guns have a large number of applications in various fields of engineering. A two-stage light-gas gun can produce an extremely high pressure in a very short interval of time. In general, the two-stage light-gas gun is made up of a high pressure tube, a compression tube and a launch tube, each stage being separated by diaphragms. This can be employed efficiently in the application of ultra-high pressure liquid jets. In the present study, experiments are carried out to investigate the projectile velocity and pressure behavior in the tubes according to the pressure changes at the frist diaphragm opening. In the present study result was found that the rupture pressure of the first diaphragm has a dominant influence on piston acceleration.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 위와 같은 중장기적인 연구의 일환으로 2단식 경가스총에 대한 기초실험을 수행하여, 작동특성 및 얻어지는 피크 압력 특성 등을 조사하였다.
본 연구는 2단식 경가스총(Two-Stage Light-Gas Gun)을 활용하여 초고압을 생성 및 액체연료분사에 적용하기 위한 연구의 일환으로 2단식 경가스총의 구동 조건에 따른 작동특성을 파악하기위해 수행되었다.
본 연구에서는 2단 경가스총을 활용하여 초고압의 상태를 실현하고, 이를 이용하여 현재까지 충분히 연구되어 있지 않은 초음속 및 극초음속 연료제트의 전파특성 및 충격파와 액적 미립화의 관계등을 규명하는 연구를 수행하고자 한다. 이러한 연구의 일환으로, 본 연구에서는 2단 경가스총의 작동특성 및 성능과 2단 경가스총의 설계에 관한 자료를 얻기 위하여 기초적인 실험적 연구를 수행 하였다.
본 연구에서는 2단 경가스총을 활용하여 초고압의 상태를 실현하고, 이를 이용하여 현재까지 충분히 연구되어 있지 않은 초음속 및 극초음속 연료제트의 전파특성 및 충격파와 액적 미립화의 관계등을 규명하는 연구를 수행하고자 한다. 이러한 연구의 일환으로, 본 연구에서는 2단 경가스총의 작동특성 및 성능과 2단 경가스총의 설계에 관한 자료를 얻기 위하여 기초적인 실험적 연구를 수행 하였다.
이번 연구에서는 제1격막의 파막 압력만을 변화시켜 2단식 경가스총의 작동 특성을 조사하였다. 실험의 결과는 다음과 같다.
제안 방법
2단 경가스총의 구동시 각 부분에서 압력변화를 측정하기 위해 2단식 경가스총의 각 위치에 압력센서(XT-190-1000A)를 설치하였다. 고압실에서 제1격막의 파막 전후의 압력변화를 측정하기 위한 센서는 Fig.
결과에 사용된 그래프들은 절대압력을 사용하여 작성하였으며, P0와의 연관성을 파악하기 위해 P0로 무차원화하였다.
2단 경가스총의 구동시 각 부분에서 압력변화를 측정하기 위해 2단식 경가스총의 각 위치에 압력센서(XT-190-1000A)를 설치하였다. 고압실에서 제1격막의 파막 전후의 압력변화를 측정하기 위한 센서는 Fig. 1에 도시한 바와 같이, 제1격막에 인접한 위치인 P0에 설치하였으며, 피스톤에 의해 발생하는 압력 변화 즉, 제2격막이 파막되는 전후의 압력변화를 측정하기 위해 압축실 P1의 위치에, 그리고 제2격막이 파막된 후 발사관에서 압력변화를 측정하기 위해 P2의 위치에 압력센서를 각각 설치하였다.
4에 도시한 바와 같이 2개의 레이저 센서와 오실로스코프를 사용하였다. 발사체의 속도를 측정하기 위한 첫 번째 레이저 센서는 발사관(Launch Tube)의 출구에서 0.2 m 떨어진 위치에 설치하고, 두 번째 레이저 센서는 첫 번째 레이저 센서와 0.8 m 간격으로 설치하였다.
본 연구에서는 제1격막으로 3가지 종류의 필름을 사용하여 제1격막이 파막되는 압력을 변화시켰다. Table 1에 격막에 사용된 필름의 재질을 나타내었다.
속도는 발사체가 2개의 레이저 센서를 통과하는데 걸리는 시간을 오실로스코프로 측정하여 계산하였다. 발사체의 속도측정에서 발생하는 오차는 반복실험을 통하여 평가하였으며, 다른 정속 이송 물체를 이용하여 검정한 결과 ±2.
피스톤과 발사체의 형상과 질량은 모든 실험에서 일정한 것을 사용하였다. 제2격막으로 필름을 한 장만 사용하여, 제1격막의 파막압력(P0)만을 변화시켰다.
대상 데이터
압축실의 상류에 위치한 피스톤은 Fig. 3(a)와 같이 스테인레스 강으로 제작되었으며, 실험에서는 질량이 820 g인 것을 사용하였다. 이 피스톤의 제원은 길이가 100 mm, 외경은 60 mm이다.
1과 같이 비교적 간단한 구조로 구성되어 있다. 2단식 경가스총은 고압실과 압축실 그리고 발사관으로 구성되어 있으며, 고압관의 직경은 150 mm, 길이는 1200 mm이고, 압축관의 직경은 60 mm, 길이는 2300 mm이며, 발사관의 직경은 15 mm, 길이는 1000 mm이다.
성능/효과
1. P0는 2단 경가스총의 피스톤을 가속시키는 중요한 요인으로, P0가 높을수록 피스톤을 가속시킬 수 있어 발사관에서 고압을 생성하는데 용이하였다.
2. 발사체의 비행속도는 P0에 비례하여 증가하였으며, P0값이 9.5 bar 일 때, 발사체는 음속에 도달하였으며, 17.48 bar 일 때, 발사체는 음속의 두배에 근접하였다.
3. P0가 증가할수록 제2격막이 파막되는 순간 발생하는 충격파의 강도가 증가하였다.
또한 P0가 높을수록 강한 충격파가 발생하여 P1', max 이후 반복적으로 발생하는 충격파의 영향이 복잡하게 나타났다.
또한, 그래프에서 P0에 따른 P1, max와 P2, max의 경향성을 살펴보면 P1, max값은 P0 값의 증가와 무관하게 일정한 값을 가졌으며, P2, max값은 P0 값이 증가함에 따라 상승하지만 약 18 bar 이후 증가 하지 않고 일정한 값을 나타내었다. 이는 P0가 높아짐에 따라 피스톤은 가속되지만 이번 실험에서 사용된 제2격막의 조건의 한계파막 압력이 낮기 때문에 피스톤이 가속되는 도중에 제2격막이 파막 되었기 때문이다.
가 발사체의 비행속도에 미치는 영향을 정리하였다. 발사체의 비행속도는 P0에 비례하여 증가하였으며, P0의 값이 9.5 bar 일때, 발사체는 음속에 도달하였으며, 17.48 bar 일때, 발사체는 음속의 두배에 근접하였다.
발사체의 속도측정에서 발생하는 오차는 반복실험을 통하여 평가하였으며, 다른 정속 이송 물체를 이용하여 검정한 결과 ±2.0% 정도의 정확성을 유지하였다.
이들 연구에서는 발사체를 직접 액체연료가 충전된 노즐의 배후에 충돌시켜 수만 기압의 압력을 용이하게 달성해낼 수 있었다. 이 실험으로부터 발사체가 노즐의 배후에 충돌하는 압력이 액체제트의 미립화에 큰 영향을 미치며, 분사된 액체제트가 초음속의 속도로 전파한다는 것을 액체제트의 쉴리렌 가시화 사진에 나타난 충격파로부터 알 수 있었다. 그러나 액체제트의 전방에 충격파가 발생한다는 것을 규명하였지만, 액체제트의 전방에서 발생하는 충격파가 액적 미립화에 미치는 영향들은 규명되지 않았으며, 초음속 액체제트가 실험실의 무한 공간으로 전파하는 이상적인 경우에 대한 실험을 수행하여, 실제 유한체적의 연소실에서 발생하는 충격파의 반사 등의 효과가 액적 미립화에 미치는 영향 및 분사된 액체 연료의 국소가열효과 등에 관해서는 조사하지 않았다[4, 5].
이들 연구에서는 발사체를 직접 액체연료가 충전된 노즐의 배후에 충돌시켜 수만 기압의 압력을 용이하게 달성해낼 수 있었다. 이 실험으로부터 발사체가 노즐의 배후에 충돌하는 압력이 액체제트의 미립화에 큰 영향을 미치며, 분사된 액체제트가 초음속의 속도로 전파한다는 것을 액체제트의 쉴리렌 가시화 사진에 나타난 충격파로부터 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
2단식 경가스총은 어떤 특징이 있는가?
2단식 경가스총(일명 Ballistic Range라고도 함)은 고압실, 압축실 그리고 발사관으로 구성된 비교적 간단한 구조로 수 ms의 극히 짧은 시간동안 초고압을 발생시키기 용이하여, 현재까지 고속충격역학, 발사체 공기역학, 재료역학 등 다양한 공학 분야에서 활용되어 왔다[1].
2단식 경가스총은 어떤 분야에서 활용되어 왔는가?
Two-stage light-gas gun은 짧은 시간동안 초고압을 발생시키기 용이하므로, 현재까지 고속충격역학, 발사체 공기역학, 재료역학 등 다양한 공학 분야에서 활용되어 왔다. 일반적으로 2단식 경가스총은 고압실, 압축실 그리고 발사관으로 비교적 간단한 구조로 구성되며, 각 부분은 격막에 의해 구분되어있다.
2단식 경가스총은 어떤 구조로 구성되어있는가?
Two-stage light-gas gun은 짧은 시간동안 초고압을 발생시키기 용이하므로, 현재까지 고속충격역학, 발사체 공기역학, 재료역학 등 다양한 공학 분야에서 활용되어 왔다. 일반적으로 2단식 경가스총은 고압실, 압축실 그리고 발사관으로 비교적 간단한 구조로 구성되며, 각 부분은 격막에 의해 구분되어있다. 본 연구는 2단식 경가스총을 초고압 액체 제트 분사에 적용하기 위한 기초적 연구로서, 고압실 하류에 설치된 제1격막의 파막 압력의 변화에 따른 발사체의 속도 변화 및 관내 압력 거동을 조사하였다.
Nakahira, T., Komori, M., Nishida, N. and Tsujimura, K., "A Study of Shock Wave Generation around High Pressure Fuel Spray in Diesel Engine," Shock Waves Journal, Vol.2, 1991, pp.1271-1276
Shi, H.H. and Takayama, K., "Generation of Hypersonic Liquid Fuel Jets Accompanying Self-Combustion," Shock Waves Journal, Vol.9, 1999, pp.327-332
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.