초록 ▼

● 국내 우주개발계획에 있어, 핀틀 추력기 기술은 수직이착륙 발사체 개발에 핵심소요기술로 국내개발의 필요성제기
● 국외 우주개발선진국에서는 저비용발사체 개발을 위한 고도보정노즐 연구가 수행 중이며 시험평가를 위한 각종설비가 구축되어 있지만, 국내의 경우 관련연구 및 차세대발사체 개발을 위한 대안이 없는 실정
● 2011년 수행된 핀틀 추력기 연구(충남대학교)를 바탕으로 1차원 정상, 비정상 상태 성능분석, 해석 및 실험 결과값의 유사성을 확인하여 핀틀 추력기 연구기초자료 확보
● 듀얼 벨 노즐에 핀틀 추력기를 적용하

● 국내 우주개발계획에 있어, 핀틀 추력기 기술은 수직이착륙 발사체 개발에 핵심소요기술로 국내개발의 필요성제기
● 국외 우주개발선진국에서는 저비용발사체 개발을 위한 고도보정노즐 연구가 수행 중이며 시험평가를 위한 각종설비가 구축되어 있지만, 국내의 경우 관련연구 및 차세대발사체 개발을 위한 대안이 없는 실정
● 2011년 수행된 핀틀 추력기 연구(충남대학교)를 바탕으로 1차원 정상, 비정상 상태 성능분석, 해석 및 실험 결과값의 유사성을 확인하여 핀틀 추력기 연구기초자료 확보
● 듀얼 벨 노즐에 핀틀 추력기를 적용하여 노즐 목 면적 변화에 따른 성능분석, 저비용 및 재사용발사체를 하나의 모델에서 구현하기 위한 기초자료 마련
● 한국형발사체 1단에 듀얼 벨과 고도보정노즐 중 듀얼 벨 및 E-D 노즐을 결합한 모델에 관해 수치적 연구수행 및 가능성확인
● 고도보정노즐 기초실험을 위한 설비구축, 2단계 연구 시 설비개선 및 진공챔버를 활용한 고공환경실험을 수행한다면 차세대발사체 개발을 위한 핵심기술 확보기대

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Ⅳ. Research and development result

● Pintle thruster and altitude compensation nozzle data acquisition and basic research for the next generation launch vehicle alternatives
● Basic research data aquisition by analysing about dual bell nozzle patent in TRW and Mitsubishi, technology trends

Ⅳ. Research and development result

● Pintle thruster and altitude compensation nozzle data acquisition and basic research for the next generation launch vehicle alternatives
● Basic research data aquisition by analysing about dual bell nozzle patent in TRW and Mitsubishi, technology trends of pintle injector and altitude compensation nozzle
● To obtain basic research source for development of pintle thruster, performance analysis on 1-D simulation(steady and unsteady state) and confirming similarity between numerical analysis and experiment results, based on pintle thruster research in Chungnam National University(2011)
● Numerical studies were carried out by applying the concept of inner pintle to bell nozzle and dual bell nozzle, and confirmed that the dual bell nozzle pintle thruster increased thrust more than bell nozzle thruster at high altitude. also by analyzing the performance according to nozzle throat area change, basic data for implementing low cost and reusable launch vehicles in one body model and alternative for development of next generation launch vehicle in Korea
● Analysis of the transition altitude and performance of the dual bell nozzle based on the KSLV-Ⅱ showed that as the length of the extension part was shortened, the transition altitude was increased and the maximum gain of 1.52% was obtained
● 2D numerical analysis based on four-species unreacted analysis models for the first-stage engine of the KSLV-II were confirmed to be similar to reaction model Mach number and temperature distribution to those of the reaction model
● Numerical analysis was carried out to understand the thrust characteristics of E-D nozzle and changing nozzle throat area, and the thrust coefficient(at altitude 16 km) was increased by 83% compared with sea level and 1.4 times increased compared with fixed nozzle throat area model
● As a result of analysing the model which merged dual bell and E-D nozzle, the transition altitude decreases with reducing base nozzle length and there is no change in nozzle performance, so it has potential of payload gain due to reducing nozzle length
● We confirmed the possibility of model combining high altitude compensation nozzle with dual bell nozzle and E-D nozzle concept combined with KSLV-Ⅱ first stage engine
● A test facility for pneumatic test of the altitude compensation nozzles was built at Chungnam National University, and E-D nozzle test confirmed the formation of open flow field according to NPR change

(출처 : SUMMARY 12p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 14
• 목차 ... 16
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 18
• 제 1 절 연구개발의 필요성 ... 18
• 1. 경제적·상업적 중요성 ... 18
• 2. 연구개발의 필요성 ... 18
• 제 2 절 연구개발의 목표 및 범위 ... 19
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 21
• 제 1 절 듀얼 벨 노즐 동향 현황 ... 21
• 1. 듀얼 벨 노즐 연구 국외 동향 ... 21
• 2. 일본 미쓰비시 듀얼 벨 노즐 특허 ... 36
• 제 2 절 핀틀 인젝터 연구 동향 현황 ... 37
• 1. 핀틀 인젝터 연구 국외 동향 ... 37
• 2. 핀틀 인젝터 연구 국내 동향 ... 43
• 제 3 절 E-D 노즐 연구 동향 현황 ... 47
• 1. E-D 노즐 연구 국외 동향 ... 47
• 제 4 절 국외기관별 시험조건 비교 ... 56
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 62
• 제 1 절 국외 기술 및 설계 변수 분석 ... 62
• 1. 듀얼 벨 노즐 국외 기술 분석 ... 62
• 2. E-D 노즐 기술 분석 ... 69
• 제 2 절 1-D 시뮬레이션을 활용한 핀틀 추력기 성능해석 ... 79
• 1. 핀틀 추력기 정상상태 성능해석(정상상태) ... 79
• 2. 핀틀 추력기 정상상태 성능해석(비정상상태) ... 86
• 제 3 절 듀얼 벨 노즐에 내부형 핀틀을 적용한 기초 전산수치해석 연구 ... 90
• 제 4 절 E-D 노즐의 추력 특성 분석 ... 101
• 1. 고도에 따른 E-D 노즐 성능 분석 ... 101
• 2. E-D 노즐 목 면적에 따른 노즐 특성 분석 ... 107
• 제 5 절 한국형발사체를 기반으로 설계한 듀얼 벨 노즐의 기초 전산수치해석 ... 109
• 1. 듀얼 벨 노즐 설계 및 검증 ... 109
• 2. 듀얼 벨 노즐 기초 전산수치해석 ... 110
• 3. 듀얼 벨 노즐 확장부 길이와 변곡각에 따른 천이특성 분석 ... 124
• 4. 한국형발사체 화염유도로 설계를 위한 수치해석 연구 ... 130
• 제 6 절 듀얼 벨 노즐을 적용한 핀틀 엔진 추력기 성능 분석 ... 132
• 1. 듀얼 벨 노즐을 적용한 핀틀 엔진 추력기 모델 설계 ... 132
• 2. 듀얼 벨 노즐을 적용한 핀틀 엔진 추력기 기초 전산수치해석 ... 133
• 제 7 절 듀얼 벨 및 E-D 노즐 기초 공압실험 ... 147
• 1. 기초 공압실험 스탠드 구성 및 노즐 설계 ... 147
• 2. 노즐 압력비 변화에 따른 E-D 노즐 유동장 형성 ... 150
• 3. 3D 프린팅으로 제작한 듀얼 벨 노즐 기초 공압실험 ... 152
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 155
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 159
• 제 1 절 연구개발결과의 활용방안 ... 159
• 제 2 절 기대성과 ... 159
• 1. 기술적 측면 ... 159
• 2. 경제적·산업적 측면 ... 160
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 161
• 제 7 장 국가과학기술종합서비스 등록연구시설·장비 현황 ... 162
• 제 8 장 참고문헌 ... 163
• 끝페이지 ... 169