고체 추진기관은 다른 추진기관에 비해 구조가 간단하고 운용성이 좋아 전략무기의 추진기관으로 주로 사용되고 있다. 그러나 고체 추진기관의 추력형상은 추진제의 연소속도와 추진제 그레인의 연소면적에 의해 결정되며, 추진제의 외경, 길이, 무게, 충전율 등과 같은 다른 설계요소들에 의해 요구되는 추력형상의 획득에 제약을 받는다. 고체 추진기관의 이중추력 성능은 일반적으로 사거리 연장과 종말 속도 향상에 장점이 있으나 추진제 그레인의 형상만으로 성능을 획득하고자하는 경우 연소관 내 추진제의 충전율이 저하된다. 따라서 연소속도가 다른 이종추진제를 적용하여 이중추력을 획득하는 것이 유리하다. 본 연구에서는 연소속도가 다른 이종 추진제를 적용하여 소형 고체 추진기관의 내외탄도 해석 및 지상연소시험을 통해 이중추력 성능을 확인함으로써 이중추력 추진기관 개발 가능성을 확인하였다.
고체 추진기관은 다른 추진기관에 비해 구조가 간단하고 운용성이 좋아 전략무기의 추진기관으로 주로 사용되고 있다. 그러나 고체 추진기관의 추력형상은 추진제의 연소속도와 추진제 그레인의 연소면적에 의해 결정되며, 추진제의 외경, 길이, 무게, 충전율 등과 같은 다른 설계요소들에 의해 요구되는 추력형상의 획득에 제약을 받는다. 고체 추진기관의 이중추력 성능은 일반적으로 사거리 연장과 종말 속도 향상에 장점이 있으나 추진제 그레인의 형상만으로 성능을 획득하고자하는 경우 연소관 내 추진제의 충전율이 저하된다. 따라서 연소속도가 다른 이종추진제를 적용하여 이중추력을 획득하는 것이 유리하다. 본 연구에서는 연소속도가 다른 이종 추진제를 적용하여 소형 고체 추진기관의 내외탄도 해석 및 지상연소시험을 통해 이중추력 성능을 확인함으로써 이중추력 추진기관 개발 가능성을 확인하였다.
Solid rocket propulsion systems are generally used for tactical missiles due to the structural and operational simplicity. Nevertheless, various kinds of design factors including outer diameter, length, weight, loading efficiency of propellant grain effects to thrust performance. Dual thrust is bene...
Solid rocket propulsion systems are generally used for tactical missiles due to the structural and operational simplicity. Nevertheless, various kinds of design factors including outer diameter, length, weight, loading efficiency of propellant grain effects to thrust performance. Dual thrust is beneficial to range extension and terminal velocity increasement. But loading efficiency becomes low in case to obtain dual thrust performance by burning surface control. So, It is predicted to be reasonable to obtain dual thrust performance with high/low burning rate propellants. This study is on internal ballistic analysis and ground test to confirm dual thrust performance.
Solid rocket propulsion systems are generally used for tactical missiles due to the structural and operational simplicity. Nevertheless, various kinds of design factors including outer diameter, length, weight, loading efficiency of propellant grain effects to thrust performance. Dual thrust is beneficial to range extension and terminal velocity increasement. But loading efficiency becomes low in case to obtain dual thrust performance by burning surface control. So, It is predicted to be reasonable to obtain dual thrust performance with high/low burning rate propellants. This study is on internal ballistic analysis and ground test to confirm dual thrust performance.
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문제 정의
이종 추진제를 적용하면 충전율은 유리하지만 추진제간의 접착력을 고려하여야 하며 제작공정 소요시간이 길어지는 단점이 있다. 본 연구는 이중추력에 의한 사거리 연장효과를 내/외탄도 해석으로 확인하고 이종추진제를 적용한 소형 추진기관을 설계/제작하여 지상연소시험을 수행함으로서 이중추력성능 구현 가능성을 확인하기 위함이다.
고체 추진기관은 다른 추진기관에 비해 구조가 간단하고 운용성이 좋아 전략무기의 추진기관으로 주로 사용되고 있다. 유도탄 추진기관의 설계 주요 목적은 유도탄의 전체무게를 줄이면서도 최적의 추력성능을 제공함으로써 유도탄의 사거리를 극대화함에 있다. 이를 위해서는 추력, 항력, 중력을 고려하여 최적설계가 이루어져야 한다.
가설 설정
연소관 내에 충전된 추진제의 무게가 동일하다고 가정하고 중립형(A형) 및 이중추력형(B형) 추력성능을 가진 무유도탄의 1-DOF 외탄도 해석을 수행하였다. 항력계수는 마하수와 상관없이 0.4로 일정하며 탄의 무게는 000Kg로 가정하였다. 중립형(A형) 무유도탄은 추력효율이 높아 비추력성능이 우수하고 연소시간이 짧다.
제안 방법
2. 이종 추진제를 적용한 소형 추진기관의 지상연소시험을 통해 이중추력(Boost-Coast) 성능을 확인하였다.
이중추력형 추진기관의 성능을 확인하기 위하여 접착력이 검증된 연소속도가 다른 이종 추진제를 적용하여 소형 추진기관을 제작하여 지상연소시험을 수행하였다. Boost-Coast의 이중 추력 성능을 구현하기 위하여 초기 연소되는 구간에 연소속도가 높은 추진제를 충전하였으며, 그 바깥쪽으로 연소속도가 낮은 추진제를 충전하여 소형 추진기관을 제작하였다. 연소 시간에 따라 연소면적이 증가하는 원통형 그레인과 연소면적이 동일한 별형 그레인 형상 두 가지로 설계하여 시험을 수행하였다.
Boost-Coast의 이중 추력 성능을 구현하기 위하여 초기 연소되는 구간에 연소속도가 높은 추진제를 충전하였으며, 그 바깥쪽으로 연소속도가 낮은 추진제를 충전하여 소형 추진기관을 제작하였다. 연소 시간에 따라 연소면적이 증가하는 원통형 그레인과 연소면적이 동일한 별형 그레인 형상 두 가지로 설계하여 시험을 수행하였다.
연소관 내에 충전된 추진제의 무게가 동일하다고 가정하고 중립형(A형) 및 이중추력형(B형) 추력성능을 가진 무유도탄의 1-DOF 외탄도 해석을 수행하였다. 항력계수는 마하수와 상관없이 0.
이중추력형 추진기관의 성능을 확인하기 위하여 접착력이 검증된 연소속도가 다른 이종 추진제를 적용하여 소형 추진기관을 제작하여 지상연소시험을 수행하였다. Boost-Coast의 이중 추력 성능을 구현하기 위하여 초기 연소되는 구간에 연소속도가 높은 추진제를 충전하였으며, 그 바깥쪽으로 연소속도가 낮은 추진제를 충전하여 소형 추진기관을 제작하였다.
본 연구에서 적용된 이종의 추진제는 접착력을 고려하여 바인더 시스템이 동일한 추진제를 선정하였다. 접착력 시험은 fig.4와 같이 서로 다른 3종의 접착제를 이종 추진제 인장 접착 시편의 접착면에 적용하였고 만능시험기를 이용하여 시험을 수행하였다. 시험 결과 4개의 시편 모두 추진기관에서 요구하는 규격 이상의 접착성능을 나타냈으며 추진제의 바인더 시스템과 동일한 경화제를 사용한 접착제가 가장 접착력이 우수한 것을 확인하였다.
대상 데이터
본 연구에서 적용된 이종의 추진제는 접착력을 고려하여 바인더 시스템이 동일한 추진제를 선정하였다. 접착력 시험은 fig.
성능/효과
1. 이종 추진제 인장시편의 접착력 시험을 통해 추진제 그레인의 제작 가능성을 확인하였다.
5는 지상연소시험을 수행한 소형 추진기관의 압력 및 추력성능을 나타낸 것이다. 별형 추진제 그레인의 적용을 통해 Boost-Coast 각 단계에서 안정적인 압력/추력 성능을 획득할 수 있었다.
4와 같이 서로 다른 3종의 접착제를 이종 추진제 인장 접착 시편의 접착면에 적용하였고 만능시험기를 이용하여 시험을 수행하였다. 시험 결과 4개의 시편 모두 추진기관에서 요구하는 규격 이상의 접착성능을 나타냈으며 추진제의 바인더 시스템과 동일한 경화제를 사용한 접착제가 가장 접착력이 우수한 것을 확인하였다.
외탄도 해석을 통해 Fig. 3과 같이 이중추력형 무유도탄이 총역적이 중립형 무유도탄에 비해 약 94% 수준이지만 항력이 감소되어 오히려 사거리가 약 30% 향상됨을 확인하였다.
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