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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 高永晟
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수22
이 논문의 연구 히스토리 (4)
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본 연구에서는 선행 연구에서 제작한 기체메탄/액체산소를 추진제로 사용하는 로켓엔진의 recess 길이에 따른 연소성능을 다양한 혼합비 변화에 대하여 실험으로 고찰하였다. 즉 선행 연구에서 연소 실험을 통해 제작 검증한 기체메탄/액체산소를 추진제로 하는 단일 요소 동축 전단/스월형 인젝터의 recess 길이를 가공하여, 연소 실험 전에 산화제 스월 인젝터의 운용조건에 따른 수류실험을 통해 recess 길이 변화에 따른 분무특성을 고찰하였으며, 선행 연구에서 획득한 결과와의 비교를 위해 선행 연구의 인젝터 운용 조건과 동일한 조건으로 연소 실험을 수행하여 연소 성능을 확인하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1. 유량측정 및 분산각 측정
Recess 길이 변화에 따른 단일 분사기 엔진의 수류 실험을 통하여 액체산소 분사기에서 recess 길이에 따른 영향 없이 유사한 유량이 측정되어 가공성을 검증 하였으며, recess 가공으로 인해 액체산소 포스트의 길이가 짧아져 분산각이 커진 것을 확인하였다.
2. Patternator
Recess 길이 변화에 따른 유량 분포의 차이를 확인하기 위해 Patternator를 이용하여 유량 분포를 측정하였다. Recess 길이 변화에 따라 국부적으로 유량이 밀집된 부분을 확인했지만, 채집시간을 감안하면 가공에 따른 영향이 크지 않음을 확인 하였다.
3. 연소 실험
가스메탄과 가스산소를 이용한 토치 점화기를 이용하여 대기압 연소 실험을 수행하여 가스메탄/액체산소를 추진제로 사용하는 엔진의 recess 길이 변화에 따른 화염/연소/소염 안정성을 비교하였다. 설계점에서의 연소실험을 수행하였으며, O/F ratio가 약 2.2~3.9 범위에서 연소효율은 recess 1.1mm는 약 91~96%, recess 2.0mm는 약 90~95% 정도로 측정되어 선행 연구의 recess 0mm와 비교하여 연소효율이 상승한 것을 확인하였다. 또한 연소실 내의 압력 섭동은 recess 1.1mm는 1.3%, recess 2.0mm는 1.5%로 측정되어, recess 0mm의 평균 압력섭동 1.7%에 비하여 안적인 연소가 이루어졌다.
이상과 같이 가스메탄/액체산소를 추진제로 사용하는 로켓 엔진의 recess를 가공하여 수류실험을 통하여 가공 검증 후 연소실험을 통하여 인젝터의 recess 길이에 변화에 따른 연소성능에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통하여 가스메탄/액체산소를 추진제로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 recess 길이 변화에 따른 연소성능 데이터는 추후 소형 추력기급 인젝터와 다단 연소기에서 사용될 기체/액체분사기의 설계 및 제작, 시험기술의 기초 자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.
1. 유량측정 및 분산각 측정
Recess 길이 변화에 따른 단일 분사기 엔진의 수류 실험을 통하여 액체산소 분사기에서 recess 길이에 따른 영향 없이 유사한 유량이 측정되어 가공성을 검증 하였으며, recess 가공으로 인해 액체산소 포스트의 길이가 짧아져 분산각이 커진 것을 확인하였다.
2. Patternator
Recess 길이 변화에 따른 유량 분포의 차이를 확인하기 위해 Patternator를 이용하여 유량 분포를 측정하였다. Recess 길이 변화에 따라 국부적으로 유량이 밀집된 부분을 확인했지만, 채집시간을 감안하면 가공에 따른 영향이 크지 않음을 확인 하였다.
3. 연소 실험
가스메탄과 가스산소를 이용한 토치 점화기를 이용하여 대기압 연소 실험을 수행하여 가스메탄/액체산소를 추진제로 사용하는 엔진의 recess 길이 변화에 따른 화염/연소/소염 안정성을 비교하였다. 설계점에서의 연소실험을 수행하였으며, O/F ratio가 약 2.2~3.9 범위에서 연소효율은 recess 1.1mm는 약 91~96%, recess 2.0mm는 약 90~95% 정도로 측정되어 선행 연구의 recess 0mm와 비교하여 연소효율이 상승한 것을 확인하였다. 또한 연소실 내의 압력 섭동은 recess 1.1mm는 1.3%, recess 2.0mm는 1.5%로 측정되어, recess 0mm의 평균 압력섭동 1.7%에 비하여 안적인 연소가 이루어졌다.
이상과 같이 가스메탄/액체산소를 추진제로 사용하는 로켓 엔진의 recess를 가공하여 수류실험을 통하여 가공 검증 후 연소실험을 통하여 인젝터의 recess 길이에 변화에 따른 연소성능에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통하여 가스메탄/액체산소를 추진제로 하는 로켓 엔진용 인젝터의 recess 길이 변화에 따른 연소성능 데이터는 추후 소형 추력기급 인젝터와 다단 연소기에서 사용될 기체/액체분사기의 설계 및 제작, 시험기술의 기초 자료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.
목차
I. 서 론 11. 연구 배경 12. 연구 목적 및 필요성 33. 연구 동향 43.1. 미국 개발 현황 43.2. 러시아 개발 현황 83.3. 유럽 개발 현황 93.4. 일본 개발 현황 103.5. 국내 연구 현황 114. 연구 내용 및 방법 12II. 이론적 배경 131. 기체메탄의 특성 132. 동축 인젝터 153. 로켓엔진 성능 변수 163.1. 특성속도 163.2. 특성속도 효율 173.3. 추력계수 173.4. 비추력 18III. 액체로켓엔진 설계 및 제작 191. 엔진 설계 192. 인젝터 설계 및 제작 222.1. 산화제 인젝터 222.2. 연료 인젝터 272.3. 인젝터 제작 293. 연소실 설계 및 제작 303.1. 연소실 부피 313.2. 연소실 직경 314. 노즐 설계 및 제작 334.1. 추력 계수 334.2. 노즐목 직경 334.3. 추진제 총 유량 344.4. 노즐 출구 마하수, 팽창비, 노즐 출구 면적 345. 점화기 36IV. 리세스 가공 및 선정 371. 리세스 371.1. 리세스 선정 381.2. 리세스 가공 39V. 실험장치 및 방법 401. 수류실험장치 402. 수류실험 방법 423. 연소실험 장치 443.1. 기체메탄 공급 설비 443.2. 연소시험대 473.3. 측정장치 및 자료처리장치 474. 연소실험 방법 495. 애프터버너 52VI. 결과 및 고찰 531. 수류 실험 531.1. 유량 및 분산각 측정 531.2. 질량 분포 측정 552. 연소 실험 562.1. 설계점 연소성능 실험 562.2. O/F ratio 변화에 따른 연소성능 비교 572.3. 연소실 압력섭동 비교 59VII. 결 론 61참고문헌 63ABSTRACT 66
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