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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 구자예
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수16
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2021
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기존의 무기 체제는 고체 로켓을 이용하고 있으며, 고체 로켓의 경우 연소율의 제어가 어렵고 연소 과정 중의 중단 및 재점화가 어려운 단점이 있다. 액체 추진제의 경우 저장 및 취급이 어려워 실제 현장에서 큰 위험을 초래할 수 있다. 젤 추진제는 높은 저장성과 액체 추진제와 비슷한 수준의 비추력, 낮은 누설성과 휘발성으로 낮은 위험성의 장점이 있어 연구가 필요하다.
고점성의 젤 추진제의 특성으로 인해 미립화가 잘 일어나지 않는 점을 보완하기 위해 본 연구에서는 멀티 홀 핀틀 인젝터를 사용해 분무 실험을 진행했다.
유기성 기반의 유체인 케로신에 점증제 Thixatrol ST를 5 wt% 첨가해 만든 케로신 젤을 유체 추진제로 사용했다. 제작한 케로신 젤의 물성치인 전단율에 따른 점도와 표면장력을 의뢰했고, 전단 박화 후 점도는 , 표면장력은 이다.
멀티 홀의 직경을 0.4mm로 고정시킨 후, 멀티 홀을 이중과 단층으로 배치시킨 것과 핀틀 팁의 끝 부분을 평판타입(MF)과 편향판타입(MD)으로 형상을 변형한 핀틀 팁을 사용했다. 축방향으로 분무되는 산화제의 분무 압력을 0.53MPa로 고정시킨 후, 반경방향으로 분무되는 젤 추진제의 분무 압력을 0.6MPa-1.23MPa로 변화시키며 실험을 진행했다. 또한 부대 운용조건이 영하40도에서 영하32도임을 고려해 극저온 환경에서의 케로신 젤 추진제의 분무 실험을 진행했다.
분무 결과 평판타입(MF)의 핀틀 팁을 사용했을 때보다 편향판타입(MD)의 핀틀 팁을 사용했을 때 분무 기둥이 사라지며 분무가 고르게 일어나는 것을 확인했다. MF형의 경우 멀티 홀이 이중으로 배치된 D24에 비해 단층으로 된 S24형의 핀틀 팁을 사용했을 때 분무 기둥이 더 선명하게 나타났다. 또한 MD형이 MF보다 TMR과 분무 각도가 더 작은 경향을 보였는데, 이는 젤 추진제의 분무 면적이 증가하면서 분무 속도가 작아진 결과로 보인다. 또한 각 실험에서 TMR에 따른 분무 각도의 그래프를 작성했고, 그에 따른 경험식도 도출해냈다.
같은 실험 조건일 때 S24에 비해 D24의 분무 각도가 더 작은 경향을 보인다. 분무 면적이 두 배로 증가하면서 분무 속도가 감소하였고, 그 결과 반경 방향의 운동량이 감소하여 상대적으로 축 방향의 운동량이 우세해진다. 이 영향으로 결국 분무 각도 또한 감소한 것으로 볼 수 있다.
극저온 환경에서의 젤 추진제의 경우 분무실험 시 불안정한 분무 형상을 보이며 젤 추진제의 압력 또한 진동이 발생했다. 케로신 젤 추진제의 온도가 상온에서 10도로 감소했을 때 점도가 크게 증가했고 케로신의 어는점이 영하 40도임을 고려했을 때, 온도가 감소할수록 고체 추진제와 더욱 유사한 거동을 보이며 영하 40도 부근에서는 결정과 같은 상태로 변하는 것으로 판단된다. 인젝터를 제외한 내부 관에서 불균일한 유동이 형성되는 것을 확인했고, 분무 시 일부 멀티 홀에 막힘 현상이 발생하여 분무 진동이 더욱 심해지는 것으로 보인다. TMR과 분무 각도 사이의 관계 그래프에서 온도가 낮을수록 TMR이 더 낮은 경향을 보인다.
고점성의 젤 추진제의 특성으로 인해 미립화가 잘 일어나지 않는 점을 보완하기 위해 본 연구에서는 멀티 홀 핀틀 인젝터를 사용해 분무 실험을 진행했다.
유기성 기반의 유체인 케로신에 점증제 Thixatrol ST를 5 wt% 첨가해 만든 케로신 젤을 유체 추진제로 사용했다. 제작한 케로신 젤의 물성치인 전단율에 따른 점도와 표면장력을 의뢰했고, 전단 박화 후 점도는 , 표면장력은 이다.
멀티 홀의 직경을 0.4mm로 고정시킨 후, 멀티 홀을 이중과 단층으로 배치시킨 것과 핀틀 팁의 끝 부분을 평판타입(MF)과 편향판타입(MD)으로 형상을 변형한 핀틀 팁을 사용했다. 축방향으로 분무되는 산화제의 분무 압력을 0.53MPa로 고정시킨 후, 반경방향으로 분무되는 젤 추진제의 분무 압력을 0.6MPa-1.23MPa로 변화시키며 실험을 진행했다. 또한 부대 운용조건이 영하40도에서 영하32도임을 고려해 극저온 환경에서의 케로신 젤 추진제의 분무 실험을 진행했다.
분무 결과 평판타입(MF)의 핀틀 팁을 사용했을 때보다 편향판타입(MD)의 핀틀 팁을 사용했을 때 분무 기둥이 사라지며 분무가 고르게 일어나는 것을 확인했다. MF형의 경우 멀티 홀이 이중으로 배치된 D24에 비해 단층으로 된 S24형의 핀틀 팁을 사용했을 때 분무 기둥이 더 선명하게 나타났다. 또한 MD형이 MF보다 TMR과 분무 각도가 더 작은 경향을 보였는데, 이는 젤 추진제의 분무 면적이 증가하면서 분무 속도가 작아진 결과로 보인다. 또한 각 실험에서 TMR에 따른 분무 각도의 그래프를 작성했고, 그에 따른 경험식도 도출해냈다.
같은 실험 조건일 때 S24에 비해 D24의 분무 각도가 더 작은 경향을 보인다. 분무 면적이 두 배로 증가하면서 분무 속도가 감소하였고, 그 결과 반경 방향의 운동량이 감소하여 상대적으로 축 방향의 운동량이 우세해진다. 이 영향으로 결국 분무 각도 또한 감소한 것으로 볼 수 있다.
극저온 환경에서의 젤 추진제의 경우 분무실험 시 불안정한 분무 형상을 보이며 젤 추진제의 압력 또한 진동이 발생했다. 케로신 젤 추진제의 온도가 상온에서 10도로 감소했을 때 점도가 크게 증가했고 케로신의 어는점이 영하 40도임을 고려했을 때, 온도가 감소할수록 고체 추진제와 더욱 유사한 거동을 보이며 영하 40도 부근에서는 결정과 같은 상태로 변하는 것으로 판단된다. 인젝터를 제외한 내부 관에서 불균일한 유동이 형성되는 것을 확인했고, 분무 시 일부 멀티 홀에 막힘 현상이 발생하여 분무 진동이 더욱 심해지는 것으로 보인다. TMR과 분무 각도 사이의 관계 그래프에서 온도가 낮을수록 TMR이 더 낮은 경향을 보인다.
목차
제 1 장 서 론 11.1. 연구 배경 및 동향 11.1.1. 젤 추진제 11.1.2. 핀틀 인젝터 51.2. 연구 목표 7제 2 장 젤 추진제 제작 및 특성 92.1. 케로신 젤 추진제의 제작 92.2 케로신 젤 추진제의 물성치 11제 3 장 실험장치 및 방법 163.1. 실험장치 163.1.1. 젤 추진제 공급 장치 173.1.2. 핀틀 인젝터 형상 183.1.3. 핀틀 팁 형상 및 종류 213.2. 실험 방법 223.3. 실험조건 233.4. 분석 방법 28제 4 장 실험결과 30제 5 장 결 론 43참 고 문 헌 45Summary 48
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