선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 덕티드로켓 추진기관에 사용되는 불완전연소 가스발생기를 설계/제작하고 연소시험을 수행하여 그 특성을 연구하였다. 가스발생기는 추진시스템 설계조건을 고려하여 요구되는 불완전연소가스 생성량을 만족시킬 수 있도록 설계하였고, 가스발생기 내부에는 산화제 함량을 줄이는 대신 금속연료 함량을 증가시켜 불완전연소가 발생하는 고체연료를 개발, 충진하여 연소시험을 수행하였다.
제안 방법
- 가스발생기 유량조절범위를 만족하는 오리피스의 최대 면적과 최소면적을 각각 적용하여 가스발생기 연소시험을 수행하였고, 그 때 얻어진 연소실 압력을 Fig.3에 표시하였다.
- 덕티드로켓 추진기관에 사용되는 불완전연소 가스발생기를 설계/제작하고 연소시험을 수행하여 그 특성을 연구하였다. 가스발생기는 추진시스템 설계조건을 고려하여 요구되는 불완전연소가스 생성량을 만족시킬 수 있도록 설계하였고, 가스발생기 내부에는 산화제 함량을 줄이는 대신 금속연료 함량을 증가시켜 불완전연소가 발생하는 고체연료를 개발, 충진하여 연소시험을 수행하였다.
- 가스발생기와 2차 연소실을 연결하면서 유량조절시스템이 설치되는 공간인 inter-stage부를 아래 Fig.1과 같이 설계/제작하였으며, 가스발생기를 통해 생성된 불완전 연소가스가 게이트를 통해 유량이 조절되어 inter-stage부를 관통하는 화염이송튜브를 통해 2차 연소실로 이동되어 2차 연소실에 분사되고 흡입구를 통해 유입된 공기와 만나 2차 연소가 이루어지는 구조를 가진다.
- 덕티드로켓 추진기관이 사용될 수 있는 다양한 비행체 가운데 고속 항공기 타격을 위한 대공유도무기를 기준으로 가스발생기 설계요구 조건을 설정하였다. 또한 현재 개발이 진행 중인 해외 유사무기체계의 사양을 참조하여 아래 Table.
- VFDR에서 사용할 수 있는 유량조절밸브의 방식은 매우 다양하며 불완전연소가스의 특성, 제어방식 적용 용이성 등 추진시스템의 특성을 고려하여 선정하여야 한다[1]. 본 연구에서는 가스발생기 출구에 회전하는 게이트를 설치하여 유량을 변화시키는 방식을 선정하였으며, 이를 구동하기 위한 전기식 구동기와 제어장치를 적용하기로 하였다.
- 본 연구에서는 덕티드로켓용 불완전연소 가스발생기를 설계/제작하고 연소시험을 수행하여 그 결과를 설계결과와 비교하는 방법으로 연소 특성을 분석하였다.
- 앞 절의 설계결과를 바탕으로 가스발생기 구조물을 제작하고, strand burner 시험을 통해 물성이 확보된 고체연료를 충진하여 가스발생기를 제작하였다. 시험 중 가스발생기 내부 압력형성을 위해 유량조절밸브 구조물을 적용하는 대신 가스발생기 출구에 화염이송튜브와 끝단의 오리피스를 장착하여 시험을 수행하였는데, 화염이송튜브는 유량조절밸브 내부의 화염이송튜브와 동일한 형상을, 오리피스 형상은 실제 밸브에서 게이트 동작에 의해 형성되는 유로의 형상을 모사하도록 제작되었다.
- 시험은 시험용스탠드에 가스발생기를 고정하고 소형 파이로 점화기를 이용하여 점화를 수행하는 방식으로 이루어졌고, 시험 중 가스발생기 내부의 압력과 온도를 측정하였다. 아래 Fig.
- 험에 적용된 고체연료는 산화제로 AP(Ammonium perchlorate), 바인더로 HTPB(Hydorxy Terminated PolyButadiene)를 사용하는 전형적인 고체로켓용 추진제에서 산화제의 함량을 줄이는 대신 금속연료성분인 알루미늄 입자의 함량을 늘이는 방법으로 별도 개발된 조성을 사용하였다. 압력에 따른 고체연료봉의 연소속도 측정을 통해 특성상수 a, 압력지수 n 값을 얻어 설계에 사용하였는데, 가스발생기 내부 압력변화 범위를 설정을 통해 가스발생 유량변화를 계산하였다. 설계결과는 기존 연구를 통해 안정적인 2차 연소가 유지되는 공기연료비(AFR: Air fuel ratio)범위로 알려진 AFR 10 ~ 50 범위[3,4]와 비교할 때 유사한 값을 보였다.
- 앞 절의 설계결과를 바탕으로 가스발생기 구조물을 제작하고, strand burner 시험을 통해 물성이 확보된 고체연료를 충진하여 가스발생기를 제작하였다. 시험 중 가스발생기 내부 압력형성을 위해 유량조절밸브 구조물을 적용하는 대신 가스발생기 출구에 화염이송튜브와 끝단의 오리피스를 장착하여 시험을 수행하였는데, 화염이송튜브는 유량조절밸브 내부의 화염이송튜브와 동일한 형상을, 오리피스 형상은 실제 밸브에서 게이트 동작에 의해 형성되는 유로의 형상을 모사하도록 제작되었다.
- 험에 적용된 고체연료는 산화제로 AP(Ammonium perchlorate), 바인더로 HTPB(Hydorxy Terminated PolyButadiene)를 사용하는 전형적인 고체로켓용 추진제에서 산화제의 함량을 줄이는 대신 금속연료성분인 알루미늄 입자의 함량을 늘이는 방법으로 별도 개발된 조성을 사용하였다. 압력에 따른 고체연료봉의 연소속도 측정을 통해 특성상수 a, 압력지수 n 값을 얻어 설계에 사용하였는데, 가스발생기 내부 압력변화 범위를 설정을 통해 가스발생 유량변화를 계산하였다.
대상 데이터
- 가스발생기 길이는 평균연소속도를 기준으로 시험시간 30초가 구현될 수 있는 길이로 선정하였다.
- 덕티드로켓 추진기관이 사용될 수 있는 다양한 비행체 가운데 고속 항공기 타격을 위한 대공유도무기를 기준으로 가스발생기 설계요구 조건을 설정하였다. 또한 현재 개발이 진행 중인 해외 유사무기체계의 사양을 참조하여 아래 Table.1과 같이 주요 추진기관 운용조건 및 가스발생기 설계 기준직경을 선정하였다.
이론/모형
- 연료유량을 계산하기 위해서 가스발생기 내부 고체연료의 연소속도는 아래 Eq.1과 같은 Saint Robert's Law를 이용하였고, 이를 이용하여 가스발생기에서 발생되는 가스량은 Eq.2와 같이 계산할 수 있다[2].
- 측정된 압력과 유사한 결과를 도출하는 모델을 얻기 위하여 고체추진기관에 사용되는 해석기법을 이용하여 시험결과를 분석하였다. 일반적인 고체추진기관에서 사용되는 계수들을 적용하면 역시 측정값 대비 높은 가스발생기 압력이 예측되었고, 아래 Eq.
성능/효과
- 압력에 따른 고체연료봉의 연소속도 측정을 통해 특성상수 a, 압력지수 n 값을 얻어 설계에 사용하였는데, 가스발생기 내부 압력변화 범위를 설정을 통해 가스발생 유량변화를 계산하였다. 설계결과는 기존 연구를 통해 안정적인 2차 연소가 유지되는 공기연료비(AFR: Air fuel ratio)범위로 알려진 AFR 10 ~ 50 범위[3,4]와 비교할 때 유사한 값을 보였다.
- 연소시험결과 고체연료 물성측정 표준시험 결과와 상이한 연소특성를 보일 뿐만 아니라 완전 연소가스를 모델로 하는 일반적인 고체추진기관 해석모델을 통한 연소결과를 예측은 시험결과와 상당한 차이가 있어 별도의 해석모델이 요구되는 결과를 보여주었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.