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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이종광
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한밭대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
이 논문의 연구 히스토리 (6)
2022
2021
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이 논문의 목적은 저독성 접촉점화 연료의 저장성 평가 방법을 확립하고, 수소화붕소나트륨(NaBH4)이 혼합된 반응성 연료의 저장성 향상 방안을 제시하는 것이다. 이 연구에서는 문헌 조사를 통해 다양한 반응성 연료를 선정하였고, 반응성 연료의 저장성에 대한 연구 동향을 조사하였다. 추진 시스템 설계에 필수적으로 필요한 수력학적 물성인 밀도와 점도 그리고 화학적 변화를 관측하기 위한 조성 변화, 마지막으로 점화 성능의 변화를 저장성 평가의 주요 지표로 삼았다. 가속노화시험을 이용한 4주 저장성 평가를 통해 4가지 반응성 연료의 밀도, 점도, 조성, 점화지연시간의 변화를 관측하였다.
4주 저장성 평가는 상온, 고온 조건에서 수행되었다. 반응성 연료는 모든 조건에서 침전물이 발생하였으나, 고온 조건에서 침전물이 더욱 발생하였다. 밀도와 점도는 유의미한 정도의 변화는 확인되지 않았다. 조성 분석 결과, 고온에서 보관된 반응성 연료의 수소화붕소나트륨의 농도가 감소되고 메타붕산나트륨(NaBO2)이 생성되는 것을 확인하였다. 또한, 점화 성능 결과에서도 고온에서 보관된 연료의 점화지연시간이 길어지는 것을 확인하였다. 일반적으로 반응성 연료에 혼합된 수소화붕소나트륨의 농도가 증가할수록 점화지연시간은 단축된다. 이에 근거하여 조성 분석에서 확인한 수소화붕소나트륨의 농도 감소가 점화 성능에 영향을 미쳤다고 판단할 수 있으며, 조성 분석이 적절하게 진행되었다고 설명할 수 있다.
반응성 연료의 저장성을 향상시키기 위해서는 반응성 연료가 산화되는 과정에 대해서 이해하고 산화시키는 요인을 배제할 수 있도록 해야 한다. 대부분의 내부 침전물은 산화로부터 발생하기 때문이다. 반응성 연료는 탄화수소 계열의 연료에 점화제를 혼합하여 제조하기 때문에 산화 원인은 크게 탄화수소 계열의 연료의 산화와 점화제의 산화로 나눌 수 있다. 이 연구에서는 순수한 연료와 점화제(NaBH4)를 혼합한 반응성 연료들을 가속 노화시켜 침전물이 발행하는 주요 원인이 점화제라는 것을 확인하였다. 이에 점화제의 산화에 크게 영향을 줄 수 있는 산화 물질인 산소와 수분에 대하여 어떠한 요인이 지배적인지 확인하기 위해서 저장성 실험을 추가적으로 진행하였고, 반응성 연료의 저장성 향상 방안을 제시하였다.
산화 물질이 산소라는 것을 파악하기 위해서 반응성 연료를 보관하는 시약병의 기체 분위기를 공기, 드라이에어, 질소, 진공으로 조성하여 4주 저장성 평가를 진행하였다. 육안, 물성, 조성 및 점화지연시간의 변화를 관찰한 결과, 공기 조건에서 보관한 반응성 연료만 침전물이 다량 발생하며 유의미한 변화가 관측되었다. 드라이에어, 질소, 진공 조건은 공기 조건과 비교하여 침전물 감소에 상당한 효과를 보였지만 드라이에어, 질소, 진공 조건 간의 차이는 거의 없었다. 이는 산소가 반응성 연료의 주된 산화 원인이 아니라는 것을 반증한다. 산소가 주된 산화 원인이라면 드라이에어에서 공기 조건과 같은 경향이 나타아야하기 때문이다.
이에 수분과 같은 다른 산화 물질의 영향을 알아보기 위해 습도에 따른 저장성 평가를 진행하였다. 습도 조건은 10, 40, 80%로 설정하여 항습기에 4주간 보관하였다. 실험 결과, 습도가 증가할수록 침전물의 형성은 눈에 띄게 증가하였으며, 물성 및 조성, 점화 성능의 변화가 유의미하게 변화하였다. 이러한 결과는 반응성 연료의 산화는 수분이라는 산화 물질이 지배적인 것을 의미한다. 결과적으로 반응성 연료의 저장성을 향상시키기 위해서는 저온, 질소 및 진공 분위기, 건조한 조건에서 보관하는 것이 가장 효과적이다.
4주 저장성 평가는 상온, 고온 조건에서 수행되었다. 반응성 연료는 모든 조건에서 침전물이 발생하였으나, 고온 조건에서 침전물이 더욱 발생하였다. 밀도와 점도는 유의미한 정도의 변화는 확인되지 않았다. 조성 분석 결과, 고온에서 보관된 반응성 연료의 수소화붕소나트륨의 농도가 감소되고 메타붕산나트륨(NaBO2)이 생성되는 것을 확인하였다. 또한, 점화 성능 결과에서도 고온에서 보관된 연료의 점화지연시간이 길어지는 것을 확인하였다. 일반적으로 반응성 연료에 혼합된 수소화붕소나트륨의 농도가 증가할수록 점화지연시간은 단축된다. 이에 근거하여 조성 분석에서 확인한 수소화붕소나트륨의 농도 감소가 점화 성능에 영향을 미쳤다고 판단할 수 있으며, 조성 분석이 적절하게 진행되었다고 설명할 수 있다.
반응성 연료의 저장성을 향상시키기 위해서는 반응성 연료가 산화되는 과정에 대해서 이해하고 산화시키는 요인을 배제할 수 있도록 해야 한다. 대부분의 내부 침전물은 산화로부터 발생하기 때문이다. 반응성 연료는 탄화수소 계열의 연료에 점화제를 혼합하여 제조하기 때문에 산화 원인은 크게 탄화수소 계열의 연료의 산화와 점화제의 산화로 나눌 수 있다. 이 연구에서는 순수한 연료와 점화제(NaBH4)를 혼합한 반응성 연료들을 가속 노화시켜 침전물이 발행하는 주요 원인이 점화제라는 것을 확인하였다. 이에 점화제의 산화에 크게 영향을 줄 수 있는 산화 물질인 산소와 수분에 대하여 어떠한 요인이 지배적인지 확인하기 위해서 저장성 실험을 추가적으로 진행하였고, 반응성 연료의 저장성 향상 방안을 제시하였다.
산화 물질이 산소라는 것을 파악하기 위해서 반응성 연료를 보관하는 시약병의 기체 분위기를 공기, 드라이에어, 질소, 진공으로 조성하여 4주 저장성 평가를 진행하였다. 육안, 물성, 조성 및 점화지연시간의 변화를 관찰한 결과, 공기 조건에서 보관한 반응성 연료만 침전물이 다량 발생하며 유의미한 변화가 관측되었다. 드라이에어, 질소, 진공 조건은 공기 조건과 비교하여 침전물 감소에 상당한 효과를 보였지만 드라이에어, 질소, 진공 조건 간의 차이는 거의 없었다. 이는 산소가 반응성 연료의 주된 산화 원인이 아니라는 것을 반증한다. 산소가 주된 산화 원인이라면 드라이에어에서 공기 조건과 같은 경향이 나타아야하기 때문이다.
이에 수분과 같은 다른 산화 물질의 영향을 알아보기 위해 습도에 따른 저장성 평가를 진행하였다. 습도 조건은 10, 40, 80%로 설정하여 항습기에 4주간 보관하였다. 실험 결과, 습도가 증가할수록 침전물의 형성은 눈에 띄게 증가하였으며, 물성 및 조성, 점화 성능의 변화가 유의미하게 변화하였다. 이러한 결과는 반응성 연료의 산화는 수분이라는 산화 물질이 지배적인 것을 의미한다. 결과적으로 반응성 연료의 저장성을 향상시키기 위해서는 저온, 질소 및 진공 분위기, 건조한 조건에서 보관하는 것이 가장 효과적이다.
목차
List of Tables ⅲList of Figures ⅳNomenclature ⅵ국문요약 ⅶⅠ. 서 론 11-1. 연구 배경 11-2. 접촉점화 추진제 저장성 연구 동향 31-3. 연구 목적 7Ⅱ. 저장성 평가 방법 82-1. 가속노화시험 82-2. 물성 및 조성 분석 방법 92-3. 점화지연시간 측정 방법 17Ⅲ. 저독성 접촉점화 연료 선정 263-1. 저독성 접촉점화 연료 후보군 선정 263-1-1. 저독성 및 이론 성능 평가 283-2. 반응성 연료의 제조 방법 303-2-1. 혼합 방식에 따른 제조 결과 303-2-2. 필터 크기에 따른 여과 결과 333-3. 연료 후보군 4주 저장성 평가 373-3-1. 물성 및 조성 분석 결과 403-3-2. 점화지연시간 결과 463-4. 최종 연료 선정 및 점화제 농도 최적화 483-4-1. 점화제 농도에 따른 육안 및 조성 분석 결과 493-4-2. 점화제 농도에 따른 액적 낙하 실험 결과 51Ⅳ. 접촉점화 연료 저장성 향상 방안 534-1. 이론적 배경(반응성 연료 산화 과정) 534-2. 기체 분위기에 따른 저장성 평가 584-2-1. 물성 및 조성 분석 결과 604-2-2. 점화지연시간 결과 634-3. 습도에 따른 저장성 평가 654-3-1. 물성 및 조성 분석 결과 664-3-2. 점화지연시간 결과 69Ⅴ. 결론 및 고찰 71Ⅵ. 참고문헌 73ABSTRACT 76
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