초록 ▼

IV. 연구개발 결과

2017년 연구 수행 내용 및 결과

우주정거장 활용 유인우주 실험용 표준 연소실험 장비 개발
∘ 챔버 내부 장착용 액적(droplet) 연소실험모듈 시스템 설계 및 제작
- ISS 연소실험모듈장치 분석을 통한 액적 연소실험모듈의 주요 시스템 요구사항 분석
- 액적 연소실험모듈의 시스템(액적공급장치, 점화장치, 측정장치, 제어부, 프레임 등) 설계
- 액적연료의 점화기 설계 및 전력제어를 통한 점화장치 구성
- 액적공급장치, 점화장치, 파이버 장치 등의 모터제

IV. 연구개발 결과

2017년 연구 수행 내용 및 결과

우주정거장 활용 유인우주 실험용 표준 연소실험 장비 개발
∘ 챔버 내부 장착용 액적(droplet) 연소실험모듈 시스템 설계 및 제작
- ISS 연소실험모듈장치 분석을 통한 액적 연소실험모듈의 주요 시스템 요구사항 분석
- 액적 연소실험모듈의 시스템(액적공급장치, 점화장치, 측정장치, 제어부, 프레임 등) 설계
- 액적연료의 점화기 설계 및 전력제어를 통한 점화장치 구성
- 액적공급장치, 점화장치, 파이버 장치 등의 모터제어 및 구조물 설계/제작
- 시스템 제어모듈 설계/제작 및 GUI를 통한 시스템 제어
- 자유낙하탑용 연소실험모듈 및 무중력비행기(Parabolic Flight)용 연소실험모듈 제작

유인우주 실험용 표준 연소실험 장비 활용 지상 실험
∘ 연소실험모듈 성능검증 및 지상실험수행, 연소실험 프로토콜 타당성 검증
연료공급장치
-실린지 펌프부터 각 니들부까지 액적연료 전달 직경 1~4mm 생성시험
- 양쪽의 니들부가 0.3~1 rad/sec 내외의 각속도로 니들부 팁이 파이버 중앙에 위치
- 파이어에 연료 공급(액젓이 맺힘)후, 니들부 원래 위치로 이동
점화장치
- 점화장치는 2개의 동일한 유닛으로 구성, 액젓 연료의 점화에너지 제어/연소
- 점화에너지 측정장치구성, 최소점화에너지 측정
- 선형모터를 이용하여 점화장치 점화위한 액적 연료 위치로 이동(위치제어)
파이버장치
- 회전모터를 이용하여 각 파이버 장치가 액적연료가 공급되는 위치로 이동/제어
- 한 파이버가 3회 실험 후 원 위치로 이동, 새로운 파이버장치가 새롭게 구동
측정장치
- 액적연소 실험 중에 화염 복사에너지 측정 : 데이터 필터링, 데이터 Calibration, 분석/비교
∘ 액적 연소실험을 위한 측정장치(광학계) 개발 및 성능 검증
- 전역광소멸(FFLE) 광학계 구축 및 연소실험챔버/장치 통합
- 액적연소를 통한 전역광소멸(FFLE) 광학계 성능검증
- 화염온도 광학계(Two Wavelength Pyrometery, Thin Filament Pyrometery) 성능검증

ISS 활용 우주실험 분야 국제협력 체계 수립
∘ ISS 활용 유인 우주실험 수행을 위한 국제 협력체계 구축
- 2017년 NASA의 국제우주정거장 CFI(Cool Flames Investigation) 실험분석 WG 참여
- KARI-DAS 협력(무중력비행기 활용 실험준비)

(출처 : 요약문 6p)

Abstract ▼

IV. Results of Research

Research Range
Development of standard combustion experiment equipment for manned space experiment on ISS
Research Results
○ Design and manufacturing of combustion equipment’s groud model for space experiment
- Combustion design: equipment requirement anal

IV. Results of Research

Research Range
Development of standard combustion experiment equipment for manned space experiment on ISS
Research Results
○ Design and manufacturing of combustion equipment’s groud model for space experiment
- Combustion design: equipment requirement analysis
- System design: droplet supply unit, combustion unit, measurement unit, system control unit, frame, etc
- Igniter circuit design and development with electrical power control
- System integration, control, and GUI development
- Manufacturing of 2 sets of combustion equipment for drop-tower and parabolic flight

Research Range
Preliminary ground experiment utilizing experiment utilizing the developed equipment and verification of equipment performance
Research Results
○ Performance test and combustion experiment on ground condition, verification of experiment protocol for parabolic flight
○ Development and verification of optical apparatus for measuring the combustion phenomenon
- Modification of FFLE (full field light extinction) optical apparatus, Integration with combustion chamber, and Verification.
- Development and verification of two wavelength pyrometery & thin fialament pyrometery

Research Range
Enhancement of international cooperation in the field of manned space experiment on ISS
Research Results
○ Extzblishment of international cooperation system in the field of manned space experiment on ISS
- Cool flame investigation cooperation with NASA by analyzing the ISS experiment data
- Holding a seminar, “The 14^th Kore-Japan Space Environment Utilization Joint Seminar”
- KARI-DAS(Diamond Air Service) cooperation for preparation of parabolic flight

(출처 : Summary 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• Summary ... 8
• CONTENTS ... 12
• 목차 ... 13
• 표목차 ... 15
• 그림목차 ... 16
• 제 1 장 서 론 ... 21
• 제 1절 연구개발 목표 ... 21
• 1. 연구개발 목표 ... 22
• 2. 연차별 연구목표 ... 23
• 제 2절 연구개발 필요성 ... 26
• 제 3절 연구개발 내용 및 범위 ... 28
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 29
• 1. NASA 우주기반 마이크로중력 액적 연소실험 사례 분석 ... 29
• 2. 국제우주정거장 연소실험 전용 International Standard Payload Rack (ISPR)의 개요 및 과학 탑재체 분석 ... 34
• 제 3 장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 42
• 제 1절 국제우주정거장 활용 연소실험의 개요 ... 43
• 1. 마이크로중력 환경에서의 연소실험 ... 44
• 2. 국제우주정거장 활용한 연소실험 연구사례 ... 47
• 제 2 절 마이크로중력 환경에서의 액적연소실험 ... 55
• 1. 마이크로중력 환경에서의 냉염(cool flame) 연구 ... 55
• 2. 액적연소실험을 통한 데이터 측정 및 진단 기술 ... 62
• 제 3절 마이크로중력 액적연소실험을 위한 모듈의 개발 ... 73
• 1. 마이크로중력 환경 활용 액적연소실험모듈의 개념설계 ... 73
• 2. 마이크로중력 환경 활용 연소실험모듈의 설계요구사항 도출 ... 81
• 3. 연소실험 모듈의 시스템 설계 ... 90
• 4. 자유낙하용 실험모듈의 3D 설계 ... 96
• 5. Parabolic Flight용 연소실험모듈의 설계 ... 100
• 제 4절 액적연소실험모듈의 제작과 프로그래밍 ... 107
• 1. 자유낙하용 연소실험 모듈 제작 ... 107
• 2. Parabolic Flight용 연소실험모듈 제작 ... 115
• 3. 연소실험모듈의 GUI 프로그래밍 ... 122
• 제 5절 연소실험용 모듈의 성능시험 ... 128
• 제 6절 국제협력을 통한 국제우주정거장 실험 데이터 분석 ... 130
• 1. 국제협 력 추진과 NASA Working Group 활동 ... 130
• 2. 액적연소실험 데이터 분석을 위한 이미지 처리 알고리즘 ... 133
• 3. 액적연소율 및 Soot Volume Fraction 프로그래밍 ... 142
• 4. 국제우주정거장 연소실험 데이터 분석 사례 ... 148
• 제 4 장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 ... 167
• 제 1 절 연구개발 목표 달성도 ... 167
• 1. 정성적 목표 ... 167
• 2. 정량적 목표 ... 168
• 제 2 절 연구결과 기대효과 ... 168
• 제 5 장 결론 ... 170
• 제 1절 연구결과 활용계획 ... 170
• 제 2절 결론 ... 170
• 제 6 장 참고문헌 ... 186
• 끝페이지 ... 187