갈륨 추진제를 이용한 다중 분사기 FEEP 추진기 개발에 관한 연구 :A study on development of multi-emitter FEEP thruster using gallium propellant

김경헌

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 김경헌 (성균관대학교, 성균관대학교 일반대학원)

지도교수: 고한서

발행연도: 2023

저작권: 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2023

모세관-와이어 하이브리드 전극을 활용한 전계방출전기추진기의 특성 연구

김경헌 , 손동기 , 고한서 대한기계학회 춘추학술대회 2023.05 학술대회자료

갈륨 추진제를 이용한 다중 분사기 FEEP 추진기 개발에 관한 연구

김경헌 2023.01 학위논문

2022

갈륨 추진제를 이용한 전계방출전기추진기의 방출 특성 연구

김경헌 , 손동기 , 이균호 외 2명 한국추진공학회 학술대회논문집 2022.11 학술대회자료

전계방출전기추진기 적용을 위한 갈륨의 Taylor cone 발생 분석

김경헌 , 고한서 , 손동기 외 5명 한국가시화정보학회 학술발표대회 논문집 2022.05 학술대회자료

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

우주 임무가 다양해지고 초소형위성 관련 기술이 발달함에 따라 더 작은 위성체에 대한 수요가 늘어나고 있다. 초소형 위성은 더욱 줄어든 질량과 내부 공간으로 인해 더 낮은 추력과 높은 비추력의 추진기를 필요로 한다. 초소형위성의 목표 추력과 비추력 수준을 만족하는 펄스 플라즈마 추진기, 이온 엔진, 홀 추진기 와 같은 전기 추진기는 열 소산이나 이온화 효율 저하에 의해 성능이 저하되어 소형화에 어려움이 있다. 이와 달리 Field-Emission Electric Propulsion(FEEP) 추진기는 액체금속 추진제의 전계방출을 이용하므로 필요 추력과 비추력 조건을 만족하는 동시에 크기가 작아질수록 작동 성능과 효율이 증가하는 특성이 있어 초소형 위성의 추진기로 적합하다.
FEEP 추진기의 선행연구는 주로 슬릿형 분사기와 다공성 분사기의 두 갈래로 이루어져 왔다. 하지만 슬릿형 분사기는 테일러 콘 분포가 불안정하고 별도의 추진제 공급장치가 필요해 크기가 커지는 단점이 있고, 다공성 분사기는 좋은 성능을 보여주지만 제작 비용과 난이도 측면에서 접근성이 낮은 특성이 있다. 반면 모세관 분사기는 상용 모세관을 활용하여 제작할 수 있으며, 화학적 습윤처리를 적용하여 고가장비 사용 없이도 안정적인 분사기를 제작할 수 있다. 본 연구에서는 모세관 분사기를 활용하여 단일 모세관 분사기와 다중 모세관 크라운 분사기의 설계를 진행하고 이온 빔 방출실험을 통한 성능 분석을 수행하였다.
고진공 챔버 내에서 단일 모세관 분사기 FEEP 추진기의 이온 빔 방출실험을 진행한 결과 5 mm 이하의 적정 추출기 타공 지름과 0.4534 mm 이하의 적정 분사기-추출기 수직거리를 도출하였다. 방출 전류가 40 μA 이상인 조건에서 완만한 선형 i-V 커브 특성이 발생하여 정밀한 추력 조절이 가능한 것을 확인하였다. 비추력 1,500 s 이상 조건에서 최대 방출전류는 102 μA이며 이때 8.92 μN의 추력이 발생한다. 단일 모세관 분사기 FEEP 추진기의 성능을 토대로 단독 사용 또는 4개 분사기의 모듈형 조합을 통해 10 μN ~ 1 mN의 추력을 구현하기 위한 모세관 크라운 다중 분사기의 모세관 수량을 10개와 20개로 선정하였다.

As space missions are diversified and CubeSat technologies are developed further, the demand for smaller satellites increases. CubeSats require smaller thrust and higher specific impulse due to their decreased mass and inner space. Pulsed plasma thruster, ion engine, and Hall thruster are electric propulsion systems satisfy the required thrust and specific impulse, but they are hard to miniaturize due to their higher heat dissipation and lower ionization efficiency in smaller dimension. On the contrary, Field-Emission Electric Propulsion(FEEP) thruster uses field evaporation of liquid metal propellant so it can be easily miniaturized with increasing efficiency in smaller dimension while satisfying the required thrust and specific impulse.
FEEP thruster have been studied in two different types. One uses linear slit emitter and the other uses porous needle emitter. Linear slit type emitter has unstable Taylor cone formation characteristic and requires separate propellant feeding system which enlarges the system dimension. Porous needle type emitter has good performance, but accessibility of the emitter is low for its high cost and difficulty of manufacturing. On the other hand, capillary type emitter can be manufactured with commercial capillary and easily wetted with gallium propellant using chemical wetting treatment, not using expensive wetting equipment required in thermal wetting process. In this study, the design of single capillary emitter and capillary crown multi-emitter was suggested, and the thruster performance analysis through ion beam emission experiments was conducted.
The result of ion beam emission experiments in high vacuum environment indicates that the extractor hole diameter should be less than 5 mm and emitter-extractor vertical distance should be smaller than 0.4534 mm for stable Taylor cone formation. A gentle gradient of i-V curve was formed for the emission current over 40 μA, so the possibility of subtle thrust control was confirmed. Within the limit of specific impulse of 1,500 s, the maximum emission current of 102 μA was derived with thrust of 8.92 μN. Based on the performance of single capillary emitter FEEP thruster, the number of capillary on the capillary crown multi-emitter is derived as 10 and 20 considering operation format of single multi-emitter and modular combination of 4 multi-emitters.

#Field-Emission Electric Propulsion(FEEP) #Gallium propellant #Capillary emitter #Taylor cone #Chemical wetting

목차
제１장 서 론 12
1-1. 연구배경 12
1-2. 전기 추진기 선행연구 15
1-3. FEEP 추진기 20
1-4. 연구목적 및 방법 24
제２장 FEEP 추진기 이론 26
2-1. 전계방출 26
2-2. 테일러 콘 28
2-3. FEEP 추진기 이론식 36
제３장 FEEP 추진기 설계조건 38
3-1. 목표 성능 38
3-2. 분사기 형상 42
가. 단일 모세관 분사기 42
나. 모세관 크라운 다중 분사기 44
다. 에칭 47
3-3. 추진제 및 분사기 재질 52
가. 추진제 52
나. 용해도 54
다. 가열을 통한 습윤 57
라. 염산을 이용한 습윤 67
제４장 FEEP 추진기 성능 분석 74
4-1. 실험방법 74
가. 추진기 구성 74
나. 이온 컬렉터 78
다. 실험 장치 87
4-2. 테일러 콘 발생 특성 90
4-3. 전류-전압 특성 측정실험 95
4-4. 추력 97
4-5. 비추력 99
4-6. 모세관 크라운 다중 분사기 102
4-7. 불확도 분석 105
제５장 결론 108
참 고 문 헌 112

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (4)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)