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고체 추진기관 둔감화 점화 장치의 반응
Reaction of an Insensitive Munitions(IM) Igniter for Solid Propulsion System 원문보기

한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집, 2011 Nov. 24, 2011년, pp.352 - 358  

류병태 (국방과학연구소 1기술연구본부 6부) ,  이도형 (국방과학연구소 1기술연구본부 6부) ,  류백능 (국방과학연구소 1기술연구본부 6부) ,  최홍석 ((주)한화 종합연구소)

초록

본 논문은 우발적 화재에 노출되면 이상 온도를 감지하고, 자동으로 반응하여 추진제를 연소시킴으로써, 고체 추진기관의 위험 정도를 완화시키는 둔감 점화 장치의 반응을 연구한 결과이다. Kissinger 식으로 구한 둔감 점화 장치 신호 화약의 자동 점화 온도는 $165.5^{\circ}C$이었지만, 추진기관에 장착하고 MIL-STD-2105D의 규정에 따라 수행한 완속 가열 시험에서는 약 $140^{\circ}C$에서 연소 반응을 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes on the study of mitigation technique in which a pyrosensor is automatically sensing the rate of risk of fire or explosion of solid rocket motor exposed to an unexpected fire and makes the rocket motor burn itself safely. SCO test was carried out with a rocket motor loaded with H...

AI 본문요약
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제안 방법

  • 시험물의 온도는 처음 1시간 동안 50℃까지 가열하고, 7시간 유지하여 시험물의 내부 온도가 외부 환경의 온도와 평형을 이루도록 하였다. 7시간 경과 후, 시간당 3.3℃의 속도로 시험물이 반응할 때까지 서서히 가열하고, 온도변화를 계측하였다. 본 시험은 파이로센서, 점화장치 및 고체 추진기관에서 각각 수행하였다.
  • 또한 추진기관의 반응 등급을 평가하기 위해 5, 15 m 위치에서 음압을 계측하였다.
  • 본 논문은 점화 장치의 둔감화를 위해 파이로 센서를 연구하고, 점화 장치에 장착하여 작동 온도를 계측하였고, HTPB(Hydroxy-terminated Polybutadiene)/AP(Ammonium Perchlorate)계 고체 추진기관으로 SCO(Slow Cook Off) 시험하여 반응 정도를 살펴보았다.
  • 시험물의 온도는 처음 1시간 동안 50℃까지 가열하고, 7시간 유지하여 시험물의 내부 온도가 외부 환경의 온도와 평형을 이루도록 하였다.
  • 파이로 센서 및 점화 장치의 작동 온도를 계측 하였고, HTPB/AP 추진제 기관을 둔감 점화 장치를 적용하여 MIL STD-2105D 규정에 근거한 SCO 시험하여 반응 정도를 살펴보았다.

대상 데이터

  • 3℃의 속도로 시험물이 반응할 때까지 서서히 가열하고, 온도변화를 계측하였다. 본 시험은 파이로센서, 점화장치 및 고체 추진기관에서 각각 수행하였다.
  • 본 연구에서 신호 화약은 Nitrocellulose 51.0%, Nitrate Ester Plasticizer 39.0% 및 안정제 등으로 구성된 추진제를 사용하였다.
  • 6의 시험 장치를 사용하여 SCO 시험하였다. 본 점화 장치는 BKNO3 조성의 펠렛(Pellet) 형상 화약 25 g을 카본으로 제작한 FRP 바스켓에 충전하였다.
  • 저장 및 운용 중 사고로 인해 서서히 가열되는 가상 열적 환경에서 추진기관의 안전성을 평가하기 위하여 MIL-STD-2105D에 규정된 SCO 시험을 하였다. 시험물의 온도 조절은 오븐을 별도로 제작하거나, 상업용 온도 챔버를 이용하였다. 시험물의 온도는 처음 1시간 동안 50℃까지 가열하고, 7시간 유지하여 시험물의 내부 온도가 외부 환경의 온도와 평형을 이루도록 하였다.
  • 오븐의 가열은 삼상 220 V, 3 kW용량의 전기 히터 4개를 사용하였다.

이론/모형

  • 저장 및 운용 중 사고로 인해 서서히 가열되는 가상 열적 환경에서 추진기관의 안전성을 평가하기 위하여 MIL-STD-2105D에 규정된 SCO 시험을 하였다.
  • 화재 및 피격 등의 사고로부터 인적, 물적 자원을 보호하기 위한 무기(Insensitive Munition, IM)의 둔감 효과는 MIL-STD-2105D를 기준으로 시험한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
완화 시스템이란 무엇인가? 우발적 열원(Thermal Stimuli)에 노출된 추진기관은 추진제가 폭발 반응을 일으키기 전에, 연소관 개방 장치 등으로 위험 등급을 완화시킬 수 있다. 이와 같은 용도의 장치를 완화 장치 또는 완화 시스템이라고 부른다[1]. 최근까지 고체 추진기관용 완화 장치를 다양하게 사용하지 못하는 이유는 신뢰할 만한 센서가 없었기 때문이다.
파이로 센서의 특징은 무엇인가? 전기로 작동되는 열 센서는 수명의 한시성, 유지 보수의 어려움, 우발 작동 가능성, 전기적 단락(Shortage) 가능성, 공력 가열(Aero-heating)과 전기 펄스에 따른 오작동 방지에 어려움, 고온에서 전자 부품의 신뢰성 부족 등의 이유로 높은 안전성과 신뢰성을 요구되는 항공 우주 산업용 부품으로 사용이 제한적이다. 그러나 화약 기술을 활용하는 파이로 센서(Pyrosensor)는 비록 정확성은 다소 떨어지지만, 상온에서는 비활성 상태를 유지하며, 충격, 정전기 및 마찰 등에 영향을 받지 않는 장점이 있기 때문에, 항공 우주 산업용에 활용할 수 있다.
Insensitive Munition를 시험하는 평가에서의 반응 유형은 무엇이 있는가? 특히, 규격에서 정한 SCO 시험은 저장 및 운용 중 환경 변화에 의해, 서서히 가열되는 가상 열적 환경에서 추진기관의 안전성을 평가하는 시험 방법이다. 반응 유형은 폭굉(Detonation), 부분 폭굉(Partial Detonation), 폭발(Explosion), 폭연(Deflagration)과 연소(Burn)로 구분하며, 이 중 연소 등급이 가장 안전하다[2].
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