[논문]노즐 외기 압력 변화에 따른 고체추진기관 성능 변화 연구

권태훈; 노태호; 조인현

노즐 외기 압력 변화에 따른 고체추진기관 성능 변화 연구
A Study on Performance Change of Solid Rocket Motor for Variation of Nozzle Ambient Pressure 원문보기

권태훈 ((주)한화 대전공장 개발부) , 노태호 (한국항공우주연구원 추진제어팀) , 조인현 (한국항공우주연구원 추진제어팀)

본 연구에서는 노즐 외기 압력 변화에 따른 KSLV-I 2단 고체추진기관의 성능 분석을 수행하였다. 2단 고체추진기관은 고도 약 300km 상공에서 연소를 할 예정이다. 모터의 성능 검증을 위해 대기 압력 환경에서 연소시험을 수행하였다. 그리고, 환경 시험 설비를 적용하여 진공환경의 모터 성능 검증을 진행하였다. 지상 및 진공환경에서의 모터 비추력 변화를 통해 노즐 외기 압력이 고체추진기관의 성능에 미치는 영향을 분석하였다.

This research on 2nd stage solid rocket motor of KSLV-I for performance change was carried out. Solid rocket motor shall ignite on altitude of 300km. Solid Rocket Motor performed Static Firing Test and High Altitude Test for motor performance. A study made an analysis of specific impulse variation for nozzle ambient pressure.

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문제 정의

성능예측이 중요하게 작용한다. 본 논문에서는 추진기관의 지상 및 고공 환경 연소시험을 통해 추진기관의 노즐 끝단과 외기 압력의 상관관계로 나타나는 성능 변화를 분석했으며 실제 진공 환경하에서의 추력 성능 예측에 관한 기초데이터를 획득했다. 추후 과제로 고공 환경 연소시험과 진공환경간의 상관관계를 규명하여 정확한 예측을 목표로 하고 있다.
지상연소시험에서는 추진기관의 정상작동 및 각 구성품의 건전성, 내탄도 특성 확인을 주된 목적으로 수행하였고, 고공 환경 모사시험에서는 진공과 유사한 노즐 외기 압력 조건에서의 추진기관 성능 검증을 수행하였다.
본 논문에서는 추진기관의 지상 및 고공 환경 연소시험을 통해 추진기관의 노즐 끝단과 외기 압력의 상관관계로 나타나는 성능 변화를 분석했으며 실제 진공 환경하에서의 추력 성능 예측에 관한 기초데이터를 획득했다. 추후 과제로 고공 환경 연소시험과 진공환경간의 상관관계를 규명하여 정확한 예측을 목표로 하고 있다.

제안 방법

그레인의 연소면적 분석과 추진제 및 노즐의 각종 특성값을 이용하여 지상 및 고공 환경 연소시험 결과를 분석하였다. Table.
생성시켰다. 설계된 그레인은 후방부의 Radial Slot을 통해 점진감쇄특성을 가지도록 하였다. 전방부에 Radial Slot을 위치시킬 경우 추진제 경화후 코어의 이형작업이 어려우며 작업 시 그레인이 손상받을 가능성을 내포하고 있다.
시스템 요구조건을 만족하는 점진감쇄형 그레인을 설계하기 위하여 Radial Slot이 적용된 그레인을 생성시켰다. 설계된 그레인은 후방부의 Radial Slot을 통해 점진감쇄특성을 가지도록 하였다.
우주발사체에 사용될 고체추진기관 개발을 위해 현재까지 수 회의 지상연소시험 및 고공환경모사 연소시험을 수행하였다.

이론/모형

후방부 Radial Slot의 경우 분할코어를 사용하여 코어 이형작업의 수월성 향상 및 그레인 형상파손의 가능성을 저감시켰다. 내탄도 해석에 필요한 면적 분석은 그레인 형상의 특성상 3차원 모델 러를 이용하였다. Fig.

성능/효과

연소시험후 해석시 지상연소시험의 해석인 자를 기준으로 하여 고공환경시험 해석에 적용했으며 Fig. 3과 같이 추진기관 연소의 경우 재현성이 나타남을 알 수 있다.
추력의 경우 지상연소시험과 달리 연소압력 800psia이하 구간에서 추력이 증가하는 경향을 보이고 있다. 이의 분석을 위해 노즐 끝단 압력과 노즐 끝단 주위 외기 압력을 비교해 보면 연소시간 30~40초에서 4와 R가 일치하는 구간이 나타나며 이때 추진기관의 비추력이 증가하고 있음을 알 수 있다. 해석과 시험의 비추력 비교 결과를 통해서도 이를 확인할 수 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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