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문제 정의
- 본 논문에서는 로터리 솔레노이드를 이용하여 장전되는 일반적인 전기-기계식 점화안전장치의 설계 내용을 간략하게 기술하고, 점화안전장치를 통하여 발생되는 착화기 발화에너지를 밀폐 용기 시험(Closed Bomb Test)에서 계측되는 압력을 통하여 간접적으로 측정하고 그 결과를 1차원 가스 동력학 모델을 통하여 분석해 보았다.
가설 설정
- 가정 1) 기폭화약과 주장약은 동시에 연소된다.
- 가정 2) 화약연소시 응축상(condensed phase)은 생기지 않는다.
- 가정 3) ZPP와 B/KNO3 각각의 연소가스는 이상기체이고 이상적으로 혼합된다.
- 또한 실제 상황에서는 발열선에 인접한 기폭 화약인 Zr/KClO4(Zirconium Potassium Perchlorate, ZPP)가 먼저 발화되고 이어서 주장약인 B/KNO3가 발화되며 기폭 화약과 주장약은 착화기 공간 내에서 모두 연소되지 않고 일부는 연소 되지 않은 상태로 착화기 밖으로 분출되어 점화안전장치의 연결관 내에서 또는 10-cc 밀폐 공간 내에서 연소되지만 모델 계산을 단순화하기 위하여 다음과 같은 가정을 사용하였다. 가정 1) 기폭화약과 주장약은 동시에 연소된다.
- 연소면적 Ab는 화약의 연소 길이(e)의 함수로 화약이 착화기에 충전된 형상에 따라 달라진다. 본 연구에서는 모델을 단순화하기 위하여 기폭화약과 주장약은 직경이 r인 N개의 작은 구형 알갱이들로 구성된 것으로 가정하였다.
- 11과 같다. 이 결과들은 점화안전장치 하우징 및 밀폐용기로의 열손실이 없다고 가정한 것이다. 실제의 경우 열손실은 응축상에서 연소가스로, 응축상과 연소가스로부터 주변 부품으로 열이 이동하면서 생기게 된다[8].
- 은 점화안전장치 출구 즉, 점화가스 유로가 오리피스 역할을 하여 분출되는 가스의 변화량을 의미한다. 점화가스 유로는 연결관을 고정하고 있는 전단핀이 끊어진 후에 연결관 결합체가 이동하면 열리는 것으로 설정하였다. 또한 #은 P1과 P2 값의 함수로 나타나는데 P2/P1의 비가 임계압력(Pcritical)인 #보다 작을 경우에만 choking 현상이 발생한다.
- 이는 모델 계산에서 사용한 가정 때문인 것으로 판단된다. 즉, 사용된 화약이 연소할때 생기는 응축상을 무시하고 모두 연소가스로 바뀐다고 가정했고 또한 모든 연소반응이 이상기체처럼 작용한다고 가정했기 때문이다. 실제로 착화기에서 나오는 많은 양의 화약은 동시에 연소되지 않고 발열선에 가까운 화약이 먼저 발화 되고 일부는 착화기로부터 분출되고 나서 또는 점화안전장치 밖으로 분출된 후에 연소되기도 한다.
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