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[국내논문] 강내탄도의 점화기 해석 모델 개발 및 초기 점화 연구
Development of Numerical Model for Igniter and Study on Initial Ignition of Interior Ballistics 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.17 no.2, 2013년, pp.105 - 113  

성형건 (인하대학교 항공우주공학과) ,  장진성 (인하대학교 항공우주공학과) ,  이상복 (인하대학교 항공우주공학과) ,  최동환 (인하대학교 항공우주공학과) ,  노태성 (인하대학교 항공우주공학과)

초록
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Lumped parameter model에 오리피스의 이론식을 결합하여 강내탄도의 점화기 해석 모델을 개발하였다. 이 개발된 점화기 해석 모델을 이용하여 점화기 형상인 길이, 직경, 주입구 분포에 따른 강내탄도의 특성을 분석하였다. 포미와 초기탄저의 압력차의 결과로서 점화기 길이는 저주기 진동에 영향을 미치는 것으로 나타났고, 점화제 주입구 직경과 주입구 분포는 고주기 진동에 영향을 주는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A numerical model of the igniter for the interior ballistics has been developed by combining lumped parameter model with the theoretical equation of orifice. With the developed model of the igniter, the numerical study on characteristics of the interior ballistics has been conducted according to the...

주제어

#강내탄도   #이상유동   #기체-고체 유동   #점화기  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 본 연구에서는 점화기 해석 모델을 개발하였고 이를 이용하여 다양한 점화기 형상에 따른 강내탄도의 특성을 분석하였다. 이를 바탕으로 화포에 결함을 유발시킬 수 있는 압력파를 감소시키는 점화제 주입 방안을 모색하였다.
  • 또한, 기존의 국내 연구에서는 점화제가 단순히 일정한 질유량이 주입되는 것으로 가정한 연구를 수행하였으나 강내 차압 변동에 따른 점화기의 주입 특성 변화를 모사할 수 없는 한계가 가지고 있었다[9, 10]. 이에 본 연구에서는 점화기 해석 모델을 개발하였고 이를 이용하여 다양한 점화기 형상에 따른 강내탄도의 특성을 분석하였다. 이를 바탕으로 화포에 결함을 유발시킬 수 있는 압력파를 감소시키는 점화제 주입 방안을 모색하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄약 개발 시 압력파로 인한 문제를 방지하기위해 수치적연구가 동반되어야 하는 이유는? 특히, 점화제 주입에 따라 강내 압력이 국부적으로 상승하여 압력파가 생성되고 이로 인해 포미(Breech)와 탄저(Shot base)의 차압에 변동이 생긴다. 이 때 발생한 차압이 음의 값이 나타나는 현상이 발생하면, 약실 내 압력진동이 증폭되는 압력파가 발생할 수 있다. 이로 인해 포신에 허용 응력 이상의 힘이 가해져서 포신에 금이가거나 포신이 깨지는 등 화포의 성능 및 내구성에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 높아질 수 있다. 따라서 탄약 개발 시 압력파로 인한 화포에 심각한 문제가 야기되지 않도록 수치적 연구가 동반되어야 한다.
강내탄도에서 일어나는 물리현상에 대한 연구는 무엇을 위해 필요한가? 탄약의 설계, 새로운 화포 추진제의 개발, 또는 화포나 포신의 설계를 위해서는 강내탄도(Interior Ballistics)에서 일어나는 물리 현상에 대한 연구가 필요하다. 강내탄도는 아주 짧은 시간인 수십 ms 동안에 장약의 연소 및 이동, 고온·고압의 연소가스에 의한 탄자의 가속이 일어나는 일련의 과정이다.
강내탄도란? 탄약의 설계, 새로운 화포 추진제의 개발, 또는 화포나 포신의 설계를 위해서는 강내탄도(Interior Ballistics)에서 일어나는 물리 현상에 대한 연구가 필요하다. 강내탄도는 아주 짧은 시간인 수십 ms 동안에 장약의 연소 및 이동, 고온·고압의 연소가스에 의한 탄자의 가속이 일어나는 일련의 과정이다. 이와같은 복잡한 강내탄도에 대한 실험 연구는 피에조 타입의 압력계를 이용하여 초기 약실의 양 끝단에서 압력을 계측 하는 것이 대부분이다.
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참고문헌 (17)

  1. Gough, P. S., "Initial Development of Core Module of Next Generation Interior Ballistic Model NGEN," ARL-CR-234, 1995 

  2. Miura, H. and Matsuo, A., "Numerical Simulation of Projectile Accelerator using Solid Propellant," 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA 2006-1439, 2006 

  3. Gollan, R. J., Johnston, I. A., O'Flaherty, B. T., and Jacobs, P. A., "Development of Casbar : a Two-phase Flow Code for the Interior Ballistics Problem," 16th Australasian Fluid Mechanics Conference, 2007, pp.295-302 

  4. Mickovic, D. and Jaramaz, S., "Igniter Function: Experimental and Theoretical Studies," Propellant, Explosives, Pyrotechnics, 2009, pp.254-259 

  5. Miura, H., Mastuo, A., and Nakamura, Y., "Multi-dimensional Simulation on Ignition Stage of Granular Solid Propellant Varying Primer Configuration," Advancements in Energetic Materials and Chemical Propulsion, Begell House Inc., 2008, pp.507-522 

  6. Jaramaz, S., Mickovic, D., and Elek, P., "Two-phase flows in gun barrel: Theoretical and experimental studies," International Journal of Multiphase Flow, 2011, pp.475-487 

  7. Miura, H., Mastuo, A., and Nakamura, Y., "Three-Dimensional Simulation of Pressure Fluctuation in Granular Solid Propellant Chamber within an Ignition Stage," Propellant, Explosives, Pyrotechnics, 2011, pp.259-267 

  8. Nussbaum, J., Helluy, P., Herard, J. M., and Baschung, B., "Multi-Dimensional Two-Phase Flow Modeling Applied to Interior Ballistics," Journal of Applied Mechanics, Vol. 78, Issue 5, 051016, 2011 

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  9. 장진성, 성형건, 이상복, 노태성, 최동환, "점화제 주입에 따른 강내탄도 성능해석," 한국군사과학기술학회지, 제14권, 제1호, 2011, pp.22-29 

    원문보기 상세보기 crossref

  10. 장진성, 성형건, 노태성, 최동환, "강내탄도 성능해석," 제19회 지상무기학술대회, 2011 

  11. 성형건, 장진성, 이상복, 최동환, 노태성, 장영재, "Eulerian-Lagrangian 접근법과 SMART scheme을 이용한 강내탄도 전산해석 코드 개발," 한국군사과학기술학회지, 제13권, 제3 호, 2010, pp.349-357 

  12. Van Der Hoef, M. A., Van, M., Sint Annaland, Deen, N. G. and Kuipers, J. A. M., "Numerical Simulation of Dense Gas-Solid Fluidized Beds : A Multiscale Modeling Strategy," Annu. Rev. Fluid Mech. Vol. 40, 2008, pp.47-70 

    상세보기 crossref

  13. Baer, M. R. and Nunziato, J. W., "A two-phase mixture theory for the deflagration to detonation transition in reactive granular materials," International Journal of Multiphase Flow, Vol. 12, No. 6, 1986, pp.861-889 

    상세보기 crossref

  14. Ronald, D. A. and Kurt, D. F., "IBHVG2-A User's Guide," Technical Report, BRL-TR-2829, 1987 

  15. Shima, E., "A Compressible CFD Method for Flow with Sound from Very Low Mach Number to Supersonic," 6th International Colloquium on Bluff Bodies Aerodynamics and Applications, 2008 

  16. Chertock, A. and Kurganov, A., "A simple Eulerian finite-volume method for compressible fluids in domains with moving boundaries," Commun Math Sci., Vol. 6 No. 3, 2008, pp.531-556 

    상세보기 crossref

  17. 성형건, 장진성, 유승령, 노태성, "강내탄도 전산해석 코드 개발과 항력 모델에 따른 이상유동 분석," 한국추진공학회지, 제15권, 제 6호, 2011, pp.38-46 

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