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제올라이트계 촉매의 기공구조 조절을 통한 항공유의 흡열량 향상 연구
Improvement of Heat of Reaction of Jet Fuel Using Pore Structure Controlled Zeolite Catalyst 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.18 no.5, 2014년, pp.95 - 100  

현동훈 (Department of Chemical & Biological Engineering, Graduate School, Korea University) ,  김중연 (Department of Chemical & Biological Engineering, Graduate School, Korea University) ,  전병희 (Department of Chemical & Biological Engineering, Graduate School, Korea University) ,  김성현 (Department of Chemical & Biological Engineering, Korea University) ,  정병훈 (Advanced Propulsion Technology Center, Agency for Defense Development) ,  한정식 (Advanced Propulsion Technology Center, Agency for Defense Development)

초록
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극초음속 비행체에서는 공기와의 마찰열과 엔진열의 증가로 기체 내부의 열적 부하가 발생한다. 이는 비행체 내부 구조물의 변형을 일으키고 오작동을 발생시킬 수 있다. 흡열연료는 액체 탄화수소 연료로써 흡열반응을 통해 열을 흡수할 수 있는 연료이다. 본 연구에서는 exo-tetrahydrodicyclopentadiene을 모델연료로써 선정하고 제올라이트 촉매의 금속담지를 통하여 흡열특성의 변화를 측정하는 연구를 수행하였다. 이를 통하여 상용촉매보다 우수한 흡열성능을 가지는 촉매를 확보하였다. 본 연구의 목적은 흡열량 향상에 미치는 촉매의 특성을 연구하는 것이다. 이 촉매는 상용촉매를 대체하여 exo-THDCP를 흡열연료로 사용하는 시스템에 적용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In hypersonic aircraft, increase of aerodynamic heat and engine heat leads heat loads in airframe. It could lead structural change of aircraft's component and malfunctioning. Endothermic fuels are liquid hydrocarbon fuels which are able to absorb the heat load by undergoing endothermic reactions. In...

주제어

#극초음속 비행체   #흡열연료   #제올라이트  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 물리적 흡열인 현열은 온도와 압력과 같은 시스템의 조건이 결정되면 고정되는 값이다. 따라서 본 연구에서는 시스템의 조건을 고정시키고 화학적 흡열인 반응열을 향상시키기 위해 촉매를 사용한 실험이 진행되었다. 기존 연구에서 우수한 흡열 성능을 나타낸 상용 촉매[2]와 기공에 금속을 담지한 촉매를 비교하고 흡열량 향상에 우수한 촉매를 확인하였다.
  • 본 연구에서는 비행체 냉각에 이용되는 흡열연료로 exo-THDCP를 선정하고 흡열량 측정 연구를 수행하였다. 또한 흡열량 및 냉각능력 향상을 위해 촉매를 적용하였다.
  • 케로신 연료는 다양한 탄화수소들이 혼합되어 있기 때문에 흡열 특성을 해석하기가 복잡하다. 본 연구에서는 케로신 연료와 특성이 비슷하고 실제 소형 로켓 또는 소형 미사일 등에 사용되는 합성 연료인 exo-tetrahydrodicyclopentadiene(exo-THDCP)를 모델연료로 선정하여 흡열량 측정 연구를 진행하였다. exo-THDCP에 대해서 촉매를 이용한 흡열반응은 과거에도 수차례 연구되었으나[4,5], 이들 연구는 반응경로와 생성물분포에 관해서 주로 다루었고 비행체 냉각을 위한 흡열특성은 고려하지 않았다.
  • 본 연구의 목적은 모델연료를 통해 실제 극초음속 비행체 조건과 유사한 조건에서 흡열반응을 수행하여 촉매별 전환율 분석, 생성물 분석, 흡열량 측정을 통해 실제 비행체에 널리 사용되는 exo-THDCP의 흡열량 향상에 기여하는 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고속비행체의 열 관리를 위한 냉각기술은 무엇이 있는가 고속비행체의 열 관리를 위한 냉각기술로는 공기를 이용한 공냉각식 냉각법과 액체 메탄이나 액체 수소와 같은 극저온 연료 사용법이 있다. 그러나 공냉각식 냉각법은 극초음속 비행에서 공기와의 마찰열을 더 증가시키고, 극저온 연료는 낮은 밀도로 인하여 저장을 위한 거대한 기계장치가 필요하고, 비용이나 안전 등의 문제가 있다[1].
초음속 비행체의 원활한 운행을 위해서 열 관리가 중요한 이유는 무엇인가 극초음속의 영역에서 비행체는 공기와의 마찰과 엔진에서 발생하는 열로 인해 비행체의 온도 가 상승하게 된다. 이러한 경로로 발생한 열은 엔진의 구조 변화와 기능 저하를 일으킨다. 따라 서 이를 막고 초음속 비행체의 원활한 운행을 위해서는 열 관리가 중요하다.
공냉각식 냉각법의 단점은 무엇인가 고속비행체의 열 관리를 위한 냉각기술로는 공기를 이용한 공냉각식 냉각법과 액체 메탄이나 액체 수소와 같은 극저온 연료 사용법이 있다. 그러나 공냉각식 냉각법은 극초음속 비행에서 공기와의 마찰열을 더 증가시키고, 극저온 연료는 낮은 밀도로 인하여 저장을 위한 거대한 기계장치가 필요하고, 비용이나 안전 등의 문제가 있다[1]. 따라서 최근에는 극초음속 비행체 냉각을 위한 탄화수소형 흡열연료가 대안으로 주목받고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. Sobel, D.R. and Spadaccini, L.J., "Hydrocarbon Fuel Cooling Technologies for Advanced Propulsion," Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 119, No. 2, pp. 344-351, 1997. 

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  2. Kim, J., Park, S.H., Chun, B.H., Kim, S.H., Jeong, B.H. and Han, J.S., "A Technical Review of Endothermic Fuel Use on High Speed Flight Cooling," Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, Vol. 14, No. 2, pp. 71-79, 2010. 

  3. Petley, D., Jones, S. and Dziedzic, W., "Analysis of Cooling Systems for HypersonicAircraft," AIAA 3rd International Aerospace Planes Conference, Orlando, FL., U.S.A., AIAA-91-5063, Dec. 1991. 

  4. Wang, Y., Shah, N. and Huffman, G.P., "Pure Hydrogen Production by Partial Dehydrogenation of Cyclohexane and Methylcyclohexane over Nanotube-Supported Pt and Pd Catalysts," Energy & Fuels, Vol. 18, No. 5, pp. 1429-1433, 2004. 

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  5. Shukla, A.A., Gosavi, P.V., Pande, J.V., Kumar, V.P., Chary, K.V.R. and Biniwale, R.B., "Efficient Hydrogen Supply through Catalytic Dehydrogenation of Methylcyclohexane over Pt/metal Oxide Catalysts," International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 35, No. 9, pp. 4020-4026, 2010. 

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  6. Huang, H., Spadaccini, L.J. and Sobel, D.R., "Fuel-Cooled Thermal Management for Advanced Aeroengines," Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 126, No. 2, pp. 284-293, 2004. 

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  7. Kim, J., Park, S.H., Chun, B.H., Jeong, B.H., Han, J.S. and Kim, S.H., "Improvement of the Heats of Reaction in Endothemic Reactions of Methylcyclohexane with Zeolites," Catalysis Today, Vol. 185, No. 1, pp. 47-53, 2012. 

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