[논문]과산화수소 추력기의 촉매베드 설계 및 성능 특성

이수림; 박주혁; 이충원

과산화수소 추력기의 촉매베드 설계 및 성능 특성
Design and Performance Characteristics of Catalyst Bed for Hydrogen Peroxide Thruster 원문보기

이수림 (국방기술품질원) , 박주혁 (경북대학교 대학원) , 이충원 (경북대학교 기계공학과)

과산화수소 추진에 사용되는 은 촉매 베드의 성능 특성을 연구하기 위해 단일 추진제 추력기를 개발하였다. 본 논문에서는 추력기 점화시험을 통해 은을 기본 촉매로 사용한 5가지 촉매 베드의 성능 특성을 분석한 내용을 수록하였으며 고농도 과산화수소에 적용하기 위한 촉매 베드 형상을 제시하였다.

A hydrogen peroxide monopropellant thruster has been developed to research performance characteristics of silver catalyst bed. The experiment data and evaluation result from the fire tests with five catalyst beds are presented A scheme of catalyst arrangement is presented for high concentrated hydrogen peroxide.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 과산화수소 추력기의 설계 데이터를 확보하기 위해 은을 기본 촉매로 사용하는 단일추진제 추력기와 시험설비를 설계 제작하여 점화시험을 통해 촉매 베드와 추력기의 성능 특성을 분석하였다.

제안 방법

과산화수소의 공급은 10 MPa 정도의 질소 가스를 압력 조절기를 통해 적정 압력으로 감압하여 연료 탱크를 가압하는 방식으로 이루어진다. 가압 탱크, 연료 탱크, 인젝터 상류, 촉매 베드 전, 후단에 압력과 온도를 측정하기 위한 압력 및 온도 센서와 점화 밸브 상단에 과산화수소 유량 측정을 위한 유량계를 설치하였으며, 측정된 데이터는 데이터 획득 장치를 거쳐 컴퓨터에 저장된다.
과산화수소 추력기에 적용하기 위해 촉매 베드를 구성하여 점화 시험을 통해 촉매의 성능 특성에 대한 연구를 수행하였다.
촉매는 0.31 mm 직경의 와이어 20 mesh 스크린을 직경 25 mm 원형으로 가공한 것으로 촉매 베드 구성 시 상, 하단과 중앙에 두께 4 mm의 분배 판을 구성하여 촉매의 지지 및 주입된 과산화수소가 고르게 분포하도록 하였으며 중앙의 분배 판을 중심으로 촉매 스크린을 양분되어 채웠다. 촉매 베드의 형상은 Table 1에서 보는 바와 같다.
추력기 성능 특성을 연구하기 위해 연소실 압력 R와 온도 & 인젝터 오리피스 직경 점화지연 U 촉매 베드에서의 압력강하 ZIPcb, 특성 배기속도 c* , 배기특성속도 효율 등의 성능인자들을 점화시험을 통해 분석하였다. 특성 배기 연소실 압력 PCf 노즐속도 c*와 그 효율는 목 면적 Af/ 추진제의 질량 유량 m 으로부터 계산되어지며 아래식과 같다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 과산화수소는 고순도 과산화수소를 회전식 진공 증류장치를 사용하여 80% 이상의 로켓 연료급으로 농축하였다.
추력기의 상부에는 과산화수소를 공급하는 인젝터가 조립되며, 중앙에 과산화수소의 분해를 위한 촉매 베드와 연소실이 위치하고, 하부에 분해가스의 팽창을 위한 노즐로 구성된다. 촉매 베드 전, 후단에는 연소실의 압력 및 온도 측정을 위한 4곳의 흘이 있으며 인젝터 직경 변화에 따른 성능변화를 확인하기 위해 직경 1.8mm(A) 와 1.4mm(B)의 인젝터를 실험에 적용하였다.

성능/효과

이는 유량 증가에 따라 촉매베드에서 분해반응이 보다 활발히 일어난 결과이며 90% 과산화수소의 경우 촉매에서의 분해 압력 증가로 인해 유량 증가에 따라 촉매 베드에서의 압력강하 정도는 보다 크게 나타났다.값은 시험범위의 질량 유량에서는 농도에 관계없이 92~ 95% 정도로 나타났으며 본연구에서 적용한 은 스크린을 질산으로 활성화한 촉매 베드는 촉매 베드에서 약 0.5~0.8 MPa 정도의 압력 강하가 발생하였으며 80-90% 농도의 과산화수소 분해에 매우 우수한 성능 특성을 나타냈다. 그러나 실제 과산화수소 공급압력을 결정하기 위해서는 인젝터에서부터 촉매 끝단까지의 압력강하 Z1R"가 중요하다.
3은 점화시험에서 촉매 압력 추이를 보여주는 그래프이다. 과산화수소 공급 후 약 0.2 초 지연 후 연소실 압력이 정상상태의 80% 이상에 도달하였으며, 약 3.5초간의 점화 기간 동안 촉매 전, 후단의 연소실 압력은 매우 안정된 것을 볼 수 있다. 점화지연은 시험설비, 촉매의 종류 및 형태, 시험조건 등에 영향을 받으며 엔진의 초기 온도에 따른 점화지 연은 Fig.
감소하는 것을 볼 수 있다. 따라서 초기 점화지연 시간을 단축시키기 위해서는 엔진을 일정 온도 이상으로 예열하거나 과산화수소의 유량이 정상상태로 공급되기 전 점화 초기에 소량의 과산화수소를 예비 공급하여 엔진의 초기온도를 상승시키면 점화지연을 단축시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
순수 은은 자체만으로도 과산화수소 분해에 매우 우수한 촉매이나 사용 전에 활성화를 통해 성능을 향상시키는데 본 연구에 적용한 은은 질산 용액으로 처리하여 활성화를 하였으며 그 효과는 점화시험에서 초기시동 특성과 높은 배기 특성 속도 효율을 통해 입증할 수 있었다.
1 초 이하로 나타났다. 연소가스 온도는 점화 직후 600℃ 이상으로 상승하여 이원추진 로켓에 적용 시 자동 점화 가능성을 확인할 수 있었다.
촉매 베드에서의 압력강하는 연료공급압력 결정을 위해 중요한 변수로 유량 증가에 따라 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는 유량 증가에 따라 촉매베드에서 분해반응이 보다 활발히 일어난 결과이며 90% 과산화수소의 경우 촉매에서의 분해 압력 증가로 인해 유량 증가에 따라 촉매 베드에서의 압력강하 정도는 보다 크게 나타났다.값은 시험범위의 질량 유량에서는 농도에 관계없이 92~ 95% 정도로 나타났으며 본연구에서 적용한 은 스크린을 질산으로 활성화한 촉매 베드는 촉매 베드에서 약 0.
추진제의 분해 효율로 표현할 수 있는 배기 특성 속도 효율은 촉매 베드 CB IV의 경우 최대 98%까지 나타났으며 연소실 압력 안정성과 반응성에서 우수한 성능 특성을 보였다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

과산화수소 추력기의 촉매베드 설계 및 성능 특성
Design and Performance Characteristics of Catalyst Bed for Hydrogen Peroxide Thruster 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

과산화수소 추력기의 촉매베드 설계 및 성능 특성 Design and Performance Characteristics of Catalyst Bed for Hydrogen Peroxide Thruster 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

과산화수소 추력기의 촉매베드 설계 및 성능 특성
Design and Performance Characteristics of Catalyst Bed for Hydrogen Peroxide Thruster 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper