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로켓 노즐목에 사용하는 ATJ 흑연의 압축 파단 특성
Compression Fracture Behavior of ATJ Graphite for Rocket Nozzle throat 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.18 no.4, 2014년, pp.61 - 66  

최훈석 (Department of Mechanical Design Engineering, Chungnam National University) ,  김재훈 (Department of Mechanical Design Engineering, Chungnam National University) ,  김연욱 (Department of Mechanical Design Engineering, Chungnam National University) ,  서보휘 (Department of Mechanical Design Engineering, Chungnam National University) ,  문순일 (Advanced Propulsion Technology Center, Agency for Defense Development)

초록
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본 연구의 흑연은 로켓 노즐목 재료로 많이 사용되는 것으로써 온도, 가공성 및 무게 측면에서 유리하다. 하지만 고온 및 고압상태에서 고속으로 취성파괴 되므로 설계 시 구조적 안정성을 충분히 확보해야 한다. 본 연구에서는 로켓 노즐목에 이용되는 ATJ 흑연의 압축 파괴 거동에 대해 연구했다. 상온 및 고온에서 ASTM C 695에 준하여 일축 압축 시험을 수행하였다. 또한 시편의 단면적 변화에 의한 압축강도 및 파단특성을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Graphite is commonly used for rocket nozzle. The purpose of the present study is to evaluate compression fracture behavior of ATJ graphite. Uniaxial compression test is conducted in accordance with ASTM C 695 in the range of R.T to $900^{\circ}C$. The size effects of specimen on the compr...

주제어

#ATJ 흑연   #일축 압축   #압축 강도   #크기 효과   #산화방지제  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 특히, 노즐목에 사용하는 재료는 고온, 고압의 조건에서 그 형상 및 기능을 유지해야하기 때문에 열 충격 저항성, 열전도도가 커야하며 열팽창계수는 상대적으로 작아야 한다[1]. 따라서 본 논문에서는 이러한 열적 특징을 지닌 ATJ 흑연 재료에 대해 연구하였다. 한편, ATJ 흑연은 취성재료로써 낮은 파괴 인성을 가지며 파괴 직전까지 소성영역이 크게 나타나지 않고 소속으로 파괴된다.
  • 본 논문은 노즐목에 이용되는 ATJ 흑연 소재 에 대하여 적용 환경을 고려한 온도 및 단면적을 변수로 하여 ASTM 규정에 의거하여 압축 시험을 진행하고 압축 파단 특성을 평가하였다. 본 연구를 통해 얻은 결과들을 정리하면 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 로켓 노즐목부 소재로 ATJ 흑연 의 적용을 위해 ASTM 기준 시편[4] 외 확대 시편을 이용하여 단면적 변화에 대한 파단특성을 분석하였다. 또한 고온에서 산화하는 흑연 소재의 특성을 고려하여 산화방지제를 도포한 시편을 이용하여 고온 압축 시험을 수행하였다.
  • 하지만 산화 방지제 코팅시편은 고온 환경에서 압축강도가 유지되거나 특히 900°C에서는 약간의 증가를 보였다. 이로부터 비산화 환경의 고온에서 압축강도가 증가하는 흑연의 특성에 대해 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
ATJ 흑연은 어떤 특성을 가지고 있는가? 따라서 본 논문에서는 이러한 열적 특징을 지닌 ATJ 흑연 재료에 대해 연구하였다. 한편, ATJ 흑연은 취성재료로써 낮은 파괴 인성을 가지며 파괴 직전까지 소성영역이 크게 나타나지 않고 소속으로 파괴된다. 또한 구조적으로 압축강도가 인장강도보다 약 3배 정도 강한 특성을 보이고 있으며, 파괴 시 내부에 내재 된 균열 등이 파괴 원인이 된다[2].
노즐목에 사용하는 재료는 어떤 특성을 가져야 하는가? 로켓 추진기관에서 사용되는 노즐은 고온, 고압의 가스에 노출 되어있다. 특히, 노즐목에 사용하는 재료는 고온, 고압의 조건에서 그 형상 및 기능을 유지해야하기 때문에 열 충격 저항성, 열전도도가 커야하며 열팽창계수는 상대적으로 작아야 한다[1]. 따라서 본 논문에서는 이러한 열적 특징을 지닌 ATJ 흑연 재료에 대해 연구하였다.
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참고문헌 (6)

  1. Kim, J.H. and Lee, Y.S., "Evaluation of Thermal Shock Strengths for Graphite Material Using a Laser Irradiation," Material Science and Engineering: A, Vol. 387-389, pp. 385-389, 2004. 

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  2. Nemeth, N.N. and Bratton, R.L., "Statical Models of Fracture Relevant to Nuclear Grade Graphite : Review and Recommendation," NASA/TM 2011-215805, 2011. 

  3. Page, D.J., The Industrial Graphite Engineering Handbook, UCAR Carbon Company Inc., 1991. 

  4. ASTM Standard C695-91, "Standard Test Method for Compressive Strength of Carbon and Graphite," ASTM International, 2010. 

  5. Ji, S.H., "Specimen Size Effects on the Compressive Strength and Weibull Modulus of Nuclear Graphite of different Coke Particle Size IG-110 and NBG-18," Journal of Nuclear Material, Vol. 436, Issues 1-3, pp. 185-190, 2013. 

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  6. Han, D.Y., Kim, E.S. and Ji, S.H., "Fracture Properties of Nuclear Graphite Grade IG-110," Journal of the Korean Ceramic Society, Vol. 43, No. 7, pp. 439-444, 2006. 

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