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흡열연료를 이용한 고속비행체 냉각기술 동향
A Technical Review of Endothermic Fuel Use on High Speed Flight Cooling 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.14 no.2 = no.57, 2010년, pp.71 - 79  

김중연 (고려대학교 화공생명공학과) ,  박선희 (고려대학교 화공생명공학과) ,  전병희 (고려대학교 화공생명공학과) ,  김성현 (고려대학교 화공생명공학과) ,  정병훈 (국방과학연구소 1기술연구본부 5부) ,  한정식 (국방과학연구소 1기술연구본부 5부)

초록
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극초음속 비행체의 속도증가와 엔진효율의 향상으로 비행체와 엔진의 열적부하가 증가하게 되었다. 극초음속 영역에서 공기흐름의 온도는 매우 높기 때문에 공냉방식을 이용한 냉각이 불가능하므로, 비행체 연료를 주 냉각제로써 이용하는 것은 필수적이다. 흡열연료(Endothermic fuels)는 열분해 또는 촉매분해와 같은 흡열반응(Endothermic reaction)을 통해 열을 흡수하는 액체 탄화수소 비행체 연료이다. 흡열반응은 촉매를 이용하여 전환율과 생성물 분포를 변화시킴으로써 개선될 수 있다. 고온의 액체 탄화수소는 코킹 생성을 유발하여 열교환기의 효율을 저하시키고 촉매 비활성을 촉진시킬 수 있기 때문에, 흡열연료의 흡열능력은 코킹생성(Coke formation)이 발생하기 전까지의 온도로 제한한다. 본 연구 에서는 흡열연료를 적용한 주요 냉각기술동향과 흡열연료의 특성이 기술되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As hypersonic flight speeds and engines efficiencies increase, heat loads on an aircraft and it's engine increase. Because the temperature of the air flow is too high to cool the aircraft structure at hypersonic flight speeds, it is essential to use the aircraft fuel as the primary coolant. Endother...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 액체연료를 사용하는 극초음속 항공기의 열적부하를 처리하기 위해 탄화수소형 흡열연료를 주 냉각제로 이용하는 것은 필수적이다. 본 논문에서는 흡열연료를 냉각제로 이용할 때 나타나는 현상과 이 때 발생하는 문제점을 개선하기 위한 그동안의 기술적 내용에 관하여 분석하였다.
  • 본 연구에서는 흡열연료를 적용한 주요 냉각 기술동향과 흡열연료의 특성이 기술되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
흡열연료를 이용한 냉각은 어떤 방식이 있는가? 흡열연료를 이용한 냉각은 직접냉각(Direct cooling)과 간접냉각(Indirect cooling) 두 가지 방식이 있다[4]. 직접냉각은 연료가 연소되기 전노즐벽면 내 유로를 흐르는 동안 가열된 시스템을 냉각하는 방식으로써 재생냉각방식 (Regenerative cooling system)과 비슷하지만 상변화와 흡열반응을 수반한다는 점이 다르다.
흡열연료를 이용한 냉각에서 직접냉각과 간접냉각은 어떤 냉각방식인가? 흡열연료를 이용한 냉각은 직접냉각(Direct cooling)과 간접냉각(Indirect cooling) 두 가지 방식이 있다[4]. 직접냉각은 연료가 연소되기 전노즐벽면 내 유로를 흐르는 동안 가열된 시스템을 냉각하는 방식으로써 재생냉각방식 (Regenerative cooling system)과 비슷하지만 상변화와 흡열반응을 수반한다는 점이 다르다. 간접냉각은 가열된 시스템 외부에 열교환기가 설치되어, 흡열연료는 열교환기 내에서 분해반응을 통해 시스템냉각을 위해 사용된 냉각제를 냉각 시킨다.
HyTech 프로그램은 어떤 프로그램인가? 미국에서는 HyTech(Hypersonic Technology) 프로그램을 통해 탄화수소형 흡열연료를 이용한 비행체 냉각에 대한 연구도 이루어졌다. HyTech 프로그램은 액체탄화수소 스크램젯을 운용하는데 발생하는 기술적인 문제 해결 및 개선을 위해 1995년 미국에서 개설된 프로그램이다[2].
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참고문헌 (15)

  1. T. Edwards, M. L. Meyer "Propellant Requirements for Future Aerospace Propulsion Systems," AIAA2002-3870, 2002 

  2. O. A. Powell et al., "Development of Hydrocarbon-Fueled Scramjet Engines: The Hypersonic Technology(HyTech) Program," J. Propul. Power. vol.17 No.6 2001, pp.1170-1176 

  3. 노진현, 원수희, Bernard Parent, 최정열, 변종렬, 임진식, "X-51A 스크램제트 기술 실증기 개발 프로그램 핵심기술," 한국추진공학회지, 제12권, 제5호, 2008, pp.79-91 

  4. D. R. Sobel et al., "Hydrocarbon Fuel cooling Technologies for Advanced Propulsion," J. Eng. Gas. Turb. Power. vol.119, 1997, pp.344-351 

  5. Z. Hai-long, et al., "Pd/HZSM-5 Coating Catalyst for Supercritical Cracking of Endothermic Fuel," J. Fuel. Chem. Tech., Vol.36 No.4, 2008, pp.462-467 

  6. A. V. Korabelnikov et al., "High-Temperature Conversion of Liquid Hydrocarbons," AIAA2006-1442, 2006 

  7. M. J. Castaldi et al., "Development of an Effective Endothermic Fuel Platform for Regeneratively Cooled Hypersonic Vehicles," AIAA2006-4403, 2006 

  8. J. Bravo et al., "Wall Coating of a CuO/ZnO/Al2O3 Methanol Steam Reforming Catalyst for Micro-channel Reformers," Chem. Eng. J., Vol.101, 2004, pp.113-121 

  9. D. T. Wickham et al., "Additives to Improve Fuel Heat Sink Capacity in Air/Fuel Heat Exchangers," J. Propul. Power. vol.24 No.1 2008, pp.55-63 

  10. Z. Wang et al., "Tributylamine as an Initiator for Cracking of heptane," Energ. Convers. Manage. vol.49, 2008, pp 1584-1594 

  11. T. Edwards, "Cracking and Deposition Behavior of Supercritical Hydrocarbon Aviation Fuels," Combust. Sci. Tech. vol.178, 2006, pp.307-334 

  12. E. Corporan et al., "Studies of Decalin as a Suppressor of Pyrolytic Deposits in JP-8+100," AIAA99-2213, 1999 

  13. T. Edwards et al., "Fuel Composition Influence on Deposition in Endothermic Fuels," AIAA2006-7973, 2006 

  14. L. J. Spadaccini et al., "Deposit Formation and Mitigation in Aircraft Fuels," J. Eng. Gas. Turb. Power. vol.123, 2001, pp.741-746 

  15. H. Huang et al., "Fuel-Cooled Thermal Management for Advanced Aeroengines," J. Eng. Gas. Turb. Power. vol.126, pp.284-293, 2004 

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