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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최정열
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수37
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회전 데토네이션 엔진(Rotating Detonation Engine, RDE)은 회전하는 기계 장치가 없으며 유동 또한 거의 회전하지 않고 데토네이션 파만이 연소실 채널을 따라 회전한다. 따라서 RDE 채널의 단면이 원형이어야 할 필요가 없으며 임의 단면의 형상이 가능하다.
본 연구에서는 데토네이션 파가 특정 곡률 반경 이상에서는 단면의 모양과 관계없이 발생하여 유지되는 특성을 이용하여 임의의 단면을 가진 RDE의 한 예로써 tri-arc 단면을 갖는 RDE를 설계 및 제작하여 원형이 아닌 RDE를 실증하였으며, 데토네이션 전파 특성 및 성능 특성을 실험적으로 알아보았다.
Tri-arc RDE는 비예혼합, 비냉각 시스템으로 구성되었으며, SUS303으로 제작되었다. 연료와 산화제는 각각 기체 에틸렌과 산소 그리고 퍼징 가스로는 질소를 사용한다. Tri-arc RDE의 형상 설계는 이전에 연구된 circular RDE 결과와 비교 분석하기 위하여 연소실 길이 75 mm, 연소실 채널 폭 4.5 mm 및 연소실 채널 바깥 둘레 185.55mm 등이 같게 설계 및 제작되었다.
실험 장치의 경우 이전에 사용된 circular RDE의 실험 장치를 사용하였으며, circular RDE 실험 과정에서 겪은 삭마 등의 문제점들을 보완하였다. 실험 모델의 실험 장치에 대한 의존도를 알아보기 위한 실험을 진행하였고, tri-arc RDE의 총 작동 시간은 약 0.4 초 이내로 진행하였다.
Tri-arc의 채널에서 데토네이션 파가 회전함을 동압 센서와 고속카메라를 통해 확인할 수 있었으며, 질량 유량에 따른 concave corner와 convex corner에서의 데토네이션 파의 특징을 알아보았다. 현재까지의 질량 유량 조건에서는 17.0 N ~96.0 N의 추력을 얻을 수 있었다.
Circular RDE와 tri-arc RDE의 질량 유량에 따른 데토네이션의 전파 특성을 비교하였으며, tri-arc RDE에서는 안정한 데토네이션 전파가 포착되었던 질량 유량 조건에서 circular RDE는 불안정한 전파가 나타났으며, 이는 연소실 채널의 형상에 따른 결과라고 판단된다.
다음과 같은 결과를 정량적으로 보여주기 위해 고속카메라 촬영 결과의 image processing 및 추가적인 동압 센서 설치가 필요하다고 판단된다.
본 연구에서는 데토네이션 파가 특정 곡률 반경 이상에서는 단면의 모양과 관계없이 발생하여 유지되는 특성을 이용하여 임의의 단면을 가진 RDE의 한 예로써 tri-arc 단면을 갖는 RDE를 설계 및 제작하여 원형이 아닌 RDE를 실증하였으며, 데토네이션 전파 특성 및 성능 특성을 실험적으로 알아보았다.
Tri-arc RDE는 비예혼합, 비냉각 시스템으로 구성되었으며, SUS303으로 제작되었다. 연료와 산화제는 각각 기체 에틸렌과 산소 그리고 퍼징 가스로는 질소를 사용한다. Tri-arc RDE의 형상 설계는 이전에 연구된 circular RDE 결과와 비교 분석하기 위하여 연소실 길이 75 mm, 연소실 채널 폭 4.5 mm 및 연소실 채널 바깥 둘레 185.55mm 등이 같게 설계 및 제작되었다.
실험 장치의 경우 이전에 사용된 circular RDE의 실험 장치를 사용하였으며, circular RDE 실험 과정에서 겪은 삭마 등의 문제점들을 보완하였다. 실험 모델의 실험 장치에 대한 의존도를 알아보기 위한 실험을 진행하였고, tri-arc RDE의 총 작동 시간은 약 0.4 초 이내로 진행하였다.
Tri-arc의 채널에서 데토네이션 파가 회전함을 동압 센서와 고속카메라를 통해 확인할 수 있었으며, 질량 유량에 따른 concave corner와 convex corner에서의 데토네이션 파의 특징을 알아보았다. 현재까지의 질량 유량 조건에서는 17.0 N ~96.0 N의 추력을 얻을 수 있었다.
Circular RDE와 tri-arc RDE의 질량 유량에 따른 데토네이션의 전파 특성을 비교하였으며, tri-arc RDE에서는 안정한 데토네이션 전파가 포착되었던 질량 유량 조건에서 circular RDE는 불안정한 전파가 나타났으며, 이는 연소실 채널의 형상에 따른 결과라고 판단된다.
다음과 같은 결과를 정량적으로 보여주기 위해 고속카메라 촬영 결과의 image processing 및 추가적인 동압 센서 설치가 필요하다고 판단된다.
목차
List of Figures ⅰList of Tables ⅳNomenclature ⅴ1. 서 론 11.1. 데토네이션 현상 11.2. 펄스 데토네이션 엔진(PDE) 21.3. 회전 데토네이션 엔진(RDE) 31.4. 임의 단면 회전 데토네이션 엔진 51.5. 연구내용 및 목표 62. 실험 모델 및 장치 구성 82.1. Circular RDE 선행 연구 82.2. Tri-arc RDE 실험 모델 92.3. 실험 시스템 구성 112.4. 가스 공급계 112.5. 제어계 132.6. 점화 장치 142.7. 계측 장치 153. 실험 및 계측 방법 163.1. 질량 유량 측정 163.2. 동압 센서를 이용한 압력 측정 및 분석 163.3. 가시화를 통한 데토네이션 전파 확인 173.4. 추력 측정 194. 실험 결과 204.1. 질량 유량 측정 결과 및 시동 특성 204.2. 데토네이션 전파 특성 224.2.1. 실험 유량 조건 224.2.2. 기준 유량 조건 234.2.3. 저유량 조건 294.2.4. 고유량 조건 304.2.5. Summary 324.3. 추력 측정 결과 344.4. 서로 다른 단면 RDE 비교 365. 결론 42참고 문헌 43
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