로켓엔진 추력발생용으로 광범위하게 사용되는 액체추진제는 고성능, 대용량의 액체추진제 로켓엔진에서는 필연적으로 고주파 연소불안정의 문제를 수반하며, 이 연소불안정의 정도는 연소성능과 더불어 엔진개발의 성패를 좌우하는 중요한 여건이 된다. 따라서 안정한 로켓의 비행을 보장하기 위해서는 연소불안정의 문제가 선결되어야 한다. 연소불안정의 기본 메커니즘은 연소기에서 발생하는 압력섭동에 반응하여 불안정한 음향에너지를 되먹임하는 연소과정으로 설명된다. 연소불안정 현상이 발견된 이후 실험 및 이론적 접근에 의해 이와 같은 연소불안정 메커니즘 및 예측에 대한 체계적인 연구가 이루어져 왔으며, 현재까지의 다양한 고주파 연소불안정 예측방법 중에서 음향 및 기화 응답함수를 이용하는 방법은 직관적 고찰에 의존하는 단순한 연소모델을 적용하며 주로 음향적 섭동에 의한 연소의 반응을 연소안정성 평가의 파라메터로 사용한다. 이와 같은 음향적인 예측방법은 연소불안정 현상을 이론적으로 전개하므로 경제적으로 각종 설계변수에 대한 연소불안정의 변화를 구분할 수 있는 장점이 있어 성능 및 호환설계와 병행하여 로켓엔진 연소실의 초기 안정성 설계방법으로 주로 사용된다.

고체 추진제의 연소율(burning rate)은 연소의 동적 기동을 이해할 수 있을 뿐 아니라 추진제의 성능을 판단할 수 있는 중요한 수단이기 때문에 많은 연구가 진행되어 왔다. 특히 AP계의 고체추진제 표면에서는 발열반응인 분해반응(decomposition) 이외에도 기체로 증발되는 증발되는(evaporation or sublimation)이 존재한다. 증발반응으로 인하여 연소율은 외부압력의 변화에 대하여 반응하게 되며 실험적으로 $r_{b}$= a $p^n$의 관계를 보여주고 있다. 즉, 연소율(burning rate)은 연소실 압력 P의 n승에 비례하며 여기서 n은 실험적으로 결정되는 지수이다. 그러나 압력지수 n은 일반적으로 온도와 압력의 함수이기 때문에 실험적으로 이 측정하기는 매우 어려운 일이다. 또한 QSHOD 가정을 사용하여 고체 추진제의 연소 응답함을 해석하기 위해서 추진제의 민감계수(sensitivity parameters)에 관한 관계식이 필요하며 이러한 관계식은 추진제의 정상연소율에 관한 관계식으로부터 얻을 수 있다.다.

액체추진제 로켓엔진 연소실에는 고유모드에 대응하는 음향파동이 내재되며 이러한 음향파동은 연소와의 상호작용을 통하여 불안정한 음향에너지를 공급받아 증폭되며 결국에는 연소불안정 상태에까지 이르게 된다. 이와 같은 불안정한 상태에 이르기 위해서는 연소로부터 되먹임되는 불안정 에너지의 양이 충분히 크고 구동 음향파동에 근접한 위상을 가져야 한다. 이와 같은 구동 메커니즘을 구성하는 상세한 물리적 현상들을 규명하고 예측하기 위한 많은 연구들이 보고되었으며, 이들 중 이론적인 시간 지연 모델을 사용하는 음향적인 방법은 매우 경제적인 반면 연소 현상에 대한 상세한 모사가 생략되어 연소 불안정의 구체적인 원인을 규명하는데 어려움이 있고, 파동 방정식에 의하여 연소실 내부의 파동 에너지 증가를 예측하는 방법은 연소기 내에서의 연소 메커니즘에 대한 고려 없이 연소에 의해 발생하는 에너지만을 포함하는 단점과 선형적인 연소 불안정에만 제한된다는 제한이 있다. 음향장과 커플된 기화반응 모델은 분무액적의 기화 과정이 추진제 연소의 지배과정이라는 가정 하에 연소응답을 기화반응으로 대체하는 방법으로, 역시 단시간 내에 결과를 얻을 수 있다는 장점이 있으나 기화반응으로부터 음향파동으로의 에너지 되먹임 과정이 배제되어 있어 정확한 결과를 구하기는 어렵다. 이에 대하여 최근에는 전산 모사적인 방법을 사용하는 대규모의 연소장 해석이 가능하여 짐으로써 음향파동에 의한 외란과 에너지 되먹임과정을 모두 포하마여 수치적인 방법을 사용하여 계산하는 액체추진제 로켓엔진의 고주파 연소불안정 해석방법들이 제시되고 있다.안정성 모드가 있음을 보였다. 밀도 변화가 있는 경우나 밀도 변화가 없는 경우 모두 sinuous 모드의 가장 불안정한 모드가 varicose 모드의 가장 불안정한 모드보다 더 불안정함을 보여주어 후류 유동은 자유 유동에 가까운 위상 속도를 가지는 sinuous 모드에 의해 지배될 것임을 예측할 수 있다. 연소반응이 완전연소에 가까울수록 그리고 압축성 효과가 클수록 유동내부의 온도가 증가하고 점성 또한 증가하여 후류유동은 안정됨을 알 수 있었다 유동변수들의 contour로부터 유동의 특성을 예측한 결과 baroclinic 항이 dilatational 항보다 상대적으로 크며, 중심선 상하에 생기는 vortex를 더욱 성장시킬 것으로 생각된다.냉각 홀의 막임, 연소 입자의 점착 부위 등을 예측하여 보완책을 준비할 수 있도록 하였다.$mm^2$sec였으며, 이는 다른 graphite/epixy 복합재의 확산계수와 유사한 값을 나타내고 있다. 또한 추진제가 충전된 연소관을 절단하여 밀폐한 후 95%RH 습도 조건에 보관함으로써 연소관 내부의 추진제 기계적 특성에 미치는 침투된 습기의 영향도 함께 고찰하였다. 추진제에 따라 차이는 있겠으나 추진제가 충전된 연소관은 순수 복합재 연소관에 비해 습기의 투과 정도가 작으며, 본 연소관에 충전된 RDX/AP계 추진제의 경우 추진제의 습기투과에 의한 추진제 물성 변화는 미미한 것으로 나타났다.의 향상으로, 음성개선에 효과적이라고 사료되었으며, 이 방법이 편측 성대마비 환자의 효과적인 음성개선의 치료방법의 하나로 응용될 수 있으리라 생각된다..

고체 추진제의 비정상적인 연소 현상을 해석하여 연소 불안정을 예측하는 것은 추진시스템의 설계 시 매우 중요하다. 로켓의 비정상 연소 현상을 해석하기 위하여 많은 이론적 연구가 진행되어 왔다. 이론적인 해는 주로 선형 해석의 결과들로 정상 상태에서 발생하는 불안정 현상을 예측하는 데에는 적합하지만 비정상 현상을 설명하기에는 부족하다. 따라서 수치 기법을 이용한 비선형 해석이 수행되어 졌다. 기존의 비정상 연소에 관한 연구들은 일정한 물성치를 사용하고 추진제 내에서의 화학 반응과 복사 열전달 등을 무시하여 추진제의 특성을 단순화 시켜 비정상 해석을 수행하였다. 본 연구에서는 비정상 연소 현상에 대한 비선형 수치 해석을 하려한다. 실험에서 밝혀진 것과 같이 추진제의 물성치를 온도의 함수로 사용하고 응축영역으로의 복사 열전달을 고려하였다.

수정된 연소 반응 함수를 이용하여 복사 열속 교란에 대한 연소 반응 특성을 살펴보았다. Catalyzed DB N5 추진제의 연소 반응을 살펴보기 위하여 Son 등의 실험 결과와 비교하였다. Son 등의 연소 반응 함수는 물리적으로 타당하지 않은 활성화 에너지에서 실험 결과를 예측하였지만, 수정된 연소 반응 함수는 비슷한 추진제의 실제 활성화 에너지 범위에서 복사 열속에 대한 연소율의 반응을 비교적 잘 예측할 수 있었다. 이것은 Son 등에 의해 과소 평가된 복사 열속(f, J)의 영향이 고려되었기 때문인 것으로 판단된다. 민감 변수(sensitivity parameter)들을 구하기 위하여 Ibiricu 등이 제시한 정상 연소 관계식을 이용하였다. AP계 추진제의 표면 온도에 대한 정상 연소율 변화를 살펴본 결과 Zanotti의 AP2 추진제의 실험 결과와 정성적으로 비슷한 경향을 나타내었다.

항공기용 가스터빈 및 일반적인 산업용 분무시스템에서는 많은 양의 분사액체를 미립화 시키고 시스템의 연속적인 운전과 유지를 편리하게 하기 위하여 여러 개의 분사노즐을 열로 설치하여 동시에 분사하도록 하고 있다. 이렇게 동시에 분사할 경우, 노즐간에 거리가 충분히 크지 않으면 개별적으로 분사된 분무들이 서로 합해져서 하나의 연합된 분무군이 형성된다. 이렇게 Two element에 의해서 형성된 spray는 공급압력이 증가함에 따라 관성력이 증가하게 되어 중심부분에서 액막 혹은 액적상태로서 충돌이 발생하여 복잡한 분무특성을 가질 것이다. 따라서, 연합된 분무군의 특성을 이해하는 것은 응용의 측면에서 매우 중요하다고 할 수 있다.

액체 연료 분포의 균일성과 대칭성은 연소 효율을 높이고, 공해 물질을 줄이는데 있어서 필수적인 요소이기 때문에 분무 패턴을 정량적으로 해석하는 것은 매우 중요하다. 고전적으로 사용되고 있는 mechanical patternator는 ⅰ) 유동을 교란시키고, ⅱ) 공간 분해능이 떨어지며, ⅲ) 복잡한 재순환 유동이나 화학 반응이 있는 유동에서의 적용이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 레이저를 이용한 optical patternator에 대한 연구가 진행되고 있다. Optical patternator는 유동을 교란시키지 않으면서 고해상도의 분무 패턴 측정을 할 수 있다. 형광 신호는 물질의 체적에 비례한다. 따라서, 레이저 평면광을 분무에 조사시켜 주어서 유도되는 형광 신호를 이용하는 평면액체 레이저 유도 형광법(PLLIF : Planar Liquid Laser Induced Fluorescence)은 분무패턴을 알아보는 매우 유용한 방법이다.

액체 추진제를 사용하는 연소기관내의 연소 불안정 현상에 대하여 수치적인 해석을 수행하였다 비정상 다차원 다상 유동장에 대한 Eulerian-Lagrangian 방법에 기반을 두고 수학적으로 모델 하였으며 속도-압력-밀도에 대한 결합메커니즘은 개선된 PISO 알고리즘을 사용하여 처리하였다. 연소실의 기하학적 형상 및 추진제의 분무조건이 액체 연료 추진기관의 연소 불안정 현상에 미치는 영향을 체계적으로 해석하였으며 액체 추진제의 증발 특성이 연소 불안정 현상의 Driving Mechanism에 미치는 영향을 상세히 분석하였다.

다목적 실용위성의 궤도전이 및 위성체 자세제어를 위한 추진시스템의 설계요소에는 구조적 안전성, 우주환경에서의 열제어를 위한 회로 및 구성하드웨어 설계, 연료계통 맥압강하를 위한 장치설계 및 추력기 배기가스 영향을 고려한 형상설계 등이 있으며, 설계검증을 위해 부분해석이 수행된다. 또한 발사환경과 우주 궤도환경에서의 추진시스템 성능평가를 위한 연제어계 기능시험, 압력인증시험, 청정도시험 및 내부/외부 누설시험이 수행된다. 본 논문에서는 추진시스템 설계 및 조립공정에 대해 기술하였고, 시험분석을 통해 시스템의 설계 및 조립공정상의 신뢰성을 검증 분석하였다.

천음속 익형에서 발생하는 응축충격파와 경계층의 간섭을 피동제어 하여 항력감소에 대한 연구를 2.5$\times$7$\textrm{cm}^2$ 천음속 풍동에서 수행하였다. 익형표면에 설치한 정압공으로 정압을, 익형후방에 설치한 8개의 Pitot probe로 전압을 동시에 측정하여 충격파를 통한 에너지의 손실과 항력의 변화를 계산하였고, 또한 유동장과 충격파의 형상을 가시화하기 위해 슈리렌 가시화 시스템을 사용하였다. 실험은 NACA 0012 익형에서 기공률 변화에 따른 피동제어의 항력감소 초과를 조사한 다음 NACA 64-018 익형에서는 기공률과 공동의 크기의 변화가 미치는 효과를 연구하였다. 피동제어의 개념은 충격파가 발생하는 하부벽을 다공벽으로 만들고 그 아래를 공동으로 만들면 충격파 후방의 상대적으로 높은 압력이 기류의 일부를 공동으로 자연스럽게 유입시키고 다시 공동에서 낮은 압력의 충격파 상류로 유출시키는 것이다.

최적의 액체 램제트 연소기 설계를 위하여 흡입공기와 분무, 혼합 그리고 이에 따른 연소의 일련의 과정이 일어나는 램제트 연소기의 유동해석을 2차원 및 3차원으로 수행하였다. 격자구성은 연소기에 공기를 공급하고 연료를 분무하는 공기 유입관 영역과 연소실 및 노즐 영역, 그리고 출구 대기 영역으로 나누어 독자적으로 격자를 생성시켰다. 연소실 내의 유동 특성에 있어서 2차원과 3차원의 유동해석 결과는 선회영역 유동특성이 크게 차이가 남을 알 수 있었다. 따라서 실제 액체 램제트 연소기의 설계를 위해서는 3차원 유동해석과 실험이 반드시 필요하다.

무기체계의 추진체로서 고체 로켓트 추진기관이 제작의 용이성, 구조의 간단성, 이에 따른 저렴한 제작비, 그리고 고 신뢰도 확보가능 등의 여러 장점으로 대부분의 현존 전술 유도무기에 채택되어 사용되어 오고 있으나 대응, 방어 무기체계의 빠른 발전으로 이에 따른 새로운 추진기관의 유도무기체제가 요구되고 있다. 램제트 기관은 공기흡입추진기관으로 상대적으로 높은 비추력(1000-2000s)과 추력 중량비(∼20)을 가지며, 이로 인해 기존의 로켓 엔진에 비해 4-5배의 성능을 낼 수 있으며, 초음속 장거리 비행에 적합하다며, 또한 높은 속도영역까지 운용가능하고 구조가 비교적 간단하다.

램가속기의 발진 과정에서 유동장 내에는 수백 기압 이상의 고압 영역이 존재하며 이러한 영역에서는 이상기체 가정이 더 이상 유효하지 않게 된다. 따라서 램가속기 작동조건에 적용 가능한 적절한 형태의 실제 기체 상태 방정식이 요구된다 또한 기존의 온도에 종속적인 Arrhenius 형태의 기초 반응들로 이루어진 축소 화학 반응 모델은 상압 조건하에서 적용 가능하므로 고압 화경에서 적용하기 위해서는 온도뿐 아니라 압력에 종속적인 형태의 반응율 상수가 도입되어야 한다.

램제트 엔진은 초음속에서 공기가 충격파를 통해 아음속으로 속도가 낮아지고 압력이 증가하는 램 압축 현상을 이용하되 압축기를 사용하지 않고 아음속 상태에서 연소하는 구조로 되어 있다. 따라서 각 부품의 성능은 독립적이지 않으며 전체적인 성능을 규명하기 위해서는 공기 흡입구와 연소실, 연료 분사체계 등의 상호작용을 고려하여 유동의 특성과 그에 따른 연소현상의 특성을 함께 고려해야만 한다. 본 연구에서는 속도 범위 Mach 5이내, 고도 30km이내의 운항조건을 갖는 유도 무기에 장착될 램제트 엔진 개발을 위한 연구의 첫 번째 단계로써, 램제트 연소실내의 유동장해석을 실험과 수치해석 두 분야로 나누어 수행하였다.

마하 수 6 이상인 극초음속 비행에는 스크램제트(SCRamjet : Supersonic Combustion Ramjet) 엔진이 가장 적합한 엔진으로 알려져 있고 현재 미국을 중심으로 이 엔진의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 스크램제트 엔진의 성공적인 개발을 위해서는 초음속 공기 내에서 연료의 분사를 통한 가장 효율적인 연소를 유도할 수 있어야 한다. 초음속 상태의 공기와 연료의 혼합을 증대시키고 연소안정성을 향상시키는 방법으로 연소기 내에 인위적으로 경사충격파를 발생시키는 방안이 Marble 등에 의해 최초로 도입되었다. 본 연구에서는 스크램제트엔진 내의 연소기를 모델링하여 마하수 2.5의 초음속공기 유동 중앙에 수소 제트를 분사하여 초음속 수소-공기 화염을 만들고 연소기의 측면에 동일한 모양과 크기의 쐐기를 각각 부착시켜 평면 경사충격파를 발생시켰다 본 실험은 충격파가 초음속 화염에 미치는 영향을 연구한 최초의 실험연구이다.

우주발사체용 로켓트 구조재로 사용되는 알루미늄합금 단조재는 강도확보를 위하여 고온으로 가열후 급냉과정에서 상당한 크기의 잔류응력이 발생되고 이로 인해 기계가공시 변형이 유발되어 조립성이 나빠진다. 잔류응력은 그 크기가 재료의 항복강도를 초과할 때 제거되므로 응력제거(stress relief)를 위해서는 외부하중이 가해져야 한다. 응력제거 처리는 소성변형, 열처리 및 초음파 등의 방법으로 수행되며 소성변형에 의한 제거효과가 가장 크다 형상이 복잡한 형 단조재의 경우 열간단조금형과 동일한 금형을 이용하는 TX52 등의 방법을 적용한다고 알려져 있으나 TX54에 대한 금형설계 및 소성변형률 적용 데이터는 공정 know-how로 분류되어 있다. 잔류응력제거 처리의 해석적 연구로는 판재와 링롤재에 대해서는 인장 및 압축 소성변형에 적용에 대한 결과가 발표된 바 있으나 형 단조재의 경우에는 전무하다

1970년대에 개발된 Ti-15-3 합금은 상온에서 우수한 성형성을 가지고 있어 Ti-6-4 합금보다 성형 공정을 대폭 감소시킬 수 있어 생산비용을 크게 감소시킬 수 있는 장점이 있는 합금이다. 또한, 냉간 성형성이 우수하고 강화 범위가 폭넓기 때문에 항공기의 프레임, 항공기 압력 용기 및 고장력 유압 튜브 등에 많이 사용하고 있으나, 열간 성형성이 Ti-6-4 티타늄 합금보다 좋지 않기 때문에 이제까지의 적용 분야는 판재 성형 등의 한정된 분야에만 적용되어 오고 있는 실정이다.

현재 대형 조선소에서는 선박에 사용하고 있는 수많은 부재들을 고가이고, 고급인력을 필요로 하는 WORK-STATION에서 구동되는 대형의 선박전용 프로그램 등에 의하여 부재생성 및 네스팅을 하고 있다 그러나 중소형 조선소의 경제적, 기술적인 사정으로 고가의 장비와 고급인력의 확보가 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 널리 보급되어 있는 PC에서 사용 가능한 파라매트의 매크로에 의한 부재생성과 부재의 스트리핑 프로그램을 개발하였다. 본 논문의 주요 내용은 다음과 같다. 첫째, 파라매트릭 매크로기법을 이용하여 빠르고 정확하게 스티프너를 생성하기 위하여 라이브러리를 구축하고, 생성된 스티프너를 확인할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 둘째, 스티프너들을 강재의 효율이 좋게 배치하기 위하여 AUTO, INSERT, DELETE, MOVE 기능이 포함된 자동배치 프로그램을 개발하였다. 셋째, 구축된 부재외형들을 라이브러리에 등록하고, 생성된 부재와 강재에 배치된 부재들의 관리를 위하여 데이터베이스 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램에 의하여 중소형 조선소에서도 컴퓨터에 의한 정확한 부재의 생성과 부재의 자동배치에 의하여 강재수율을 높일 수 있을 것으로 사료된다.

라이너를 포함한 필라멘트 와인딩 복합재 압력용기의 성능향상을 위한 효율적인 구조최적 설계방안을 제시하였다. 이를 위해 온도효과가 고려된 비선형 유한요소법을 이용하여 각 층에서의 응력해석과 파손해석을 수행하였다. 또한 설계변수로 라이너의 두께와 헬리컬 적층두께, 실린더를 따라 변하는 직각 적층두께를 설정하였다. 모든 설계변수들에 대한 강도비 민감도를 유도하였으며 헬리컬 적층두께에 대한 강도비 민감도를 유지하기 위해 측지 등장력 돔설계 방법을 고려하였다. 구조 최적설계결과, 실린더를 따라 직각 적층두께를 최적으로 분포시켜 강성을 효과적으로 배열하였으므로 적층두께를 일정하게 고려한 경우보다 더 경량화 시킬 수 있었다.

풍력발전용 회전날개의 구조설계 요구조건은 크게 제한 강도 요구조건(Limit strength requirement), 강성도 요구조건(Stiffness requirement), 피로수명 요구조건(Fatigue life requirement)의 세 가지를 들 수 있다. 첫째로 제한 강도 요구조건은 운용기간 중에 발생할 수 있는 최대하중에 견딜 수 있어야 하며, 폭풍이나 돌풍의 상황에 대한 안전성을 의미한다. 둘째로 강성도 요구조건은 운용 중 공진을 피하기 위한 고유진동 수확보, 타워와의 충돌을 피하기 위한 변위의 제한, 공력성능의 변화를 피하기 위한 비틀림각의 제한등이 있다 셋째로 피로수명에 대한 요구조건은 요구피로수명 동안에 예상되는 반복하중에 견딜 수 있어야 한다.

Polyethylene glycol(PEG) 또는 polycaprolactone(PCP)을 예비 중합체로 사용하고 butanetriol trinitrate와 diethylene glycoldinitrate를 가소제로, cyclo-tetramethylene tetranitramine을 주산화제로 사용한 고체 추진제를 제조하여 이들의 기계적 성질을 증진시키기 위한 연구를 하였다. PEG의 일부를 PCP로 대체 시 추진제의 기계적 성질은 증가하며 PCP만 사용시 추진제의 최대 인장 강도는 PEG만 사용시 보다 약 17%, 최대 응력 하에서의 신율은 약 59% 그리고 탄성 계수는 약 9% 증가한다. 그러나 예비 중합체로 PCP만을 사용한 추진제는 4$0^{\circ}C$, 90% 상대 습도하에서 보관시 추진제의 경도 변화 실험에서 6주 후에 경도가 0이 되며, 위의 조건하에서 보관 기간에 따른 PCP 바인더의 부피 팽윤 실험에 의해 초기 부피 팽윤 비와 팽윤비의 변화 속도가 PEG를 혼용한 바인더보다 크므로 PCP 사용시 수분에 대한 안정성은 저하됨을 알 수 있었다.

155mm 탄에 항력감소장치를 부착하여 탄의 비행중에 형성되는 탄저부의 항력(Base drag)을 감소시켜 사거리를 연장한 무기체계가 미국 등을 비롯한 많은 국가에서 실용화되고 있다. 국과연은 이미 155mm 신형 자주포탄에 적용되는 항력감소장치(항력감소제 그레인, Base & Closure, 점화장치)는 개발하여 사거리를 연장(약 35%)한 것으로 보고하고 있다. 본 연구는 추후 실용화가 예상되는 155mm 성능개량형 DPICM탄(미제 M864급)에 적용할 수 있는 항격감소제용 저연소속도 혼합형 추진제 개발을 목표로 하여, 이에 동등한 추진제 특성(기계적성질, 연소특성, 접착력, 발열량 등)을 가지는 추진제, 라이너(Inhibitor)의 조성개발을 실시하였다. 그리고 개발된 혼합형 추진제 조성의 성능(사거리 및 분산도)을 확인하기 위하여 항력감소제용 그레인을 제작, 155mm 성능개량형 DPICM탄에 적용하여 발사시험을 실시하였다.

Michael Reaction을 이용하여 상업적으로 이용 가능한 APS(3-aminopropyltrime thoxysilane)과 AEAPS(N-[3-(trimethoxysilyl)propy1] ethylenediamine)을 다수의 Michael acceptor(ethyl acrylate, acrylonitrile, acrylamide, 2-cyanoethyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate 그리고 3-(trimethoxysilyl)propylmethacrylate)와 반응시켜 10종류의 aminosilane ([3-｛N-2-carboethoxyethyl)aminopropyl]triethoxysilane, [3-(N-2-cyanoethyl)aminopropyl] triethoxysilane, [3-(N-di-2-carboethoxyethyl) aminopropyl]triethoxysilane, [3-(N-di-2-cyanoethyl)aminopropyl]triethoxysilane, [3-(N-2-cyanoethoxypropionyl)aminopropyl] triethoxysilane, [3-(N-di-2-cyanoethoxypropionyl)aminopropyl] triethoxysilane, [3-(N-di-2-hydroxyethoxypropionyl) aminopropyl]-triethoxysilane, [3-(N-2-amidoethyl aminopropyl]triethoxysilane, ｛3-[N-(N-di-2-cyanoethyl)ethyl]aminopropyl)triethoxysilane, ｛3-[N-(3-trimethoxy-silylpropyl)-2-methylpropionyl]aminopropyl)triethoxysilane 등을 35-70% 수율로 제조하였으며, 이들의 구조는 $^1$H-NMR과 FT-IR spectroscopy를 이용하여 확인하였다.

혼합형 고체추진제에 대한 장기물성 변화 및 노화특성을 고찰하고자 하였다. 본 연구에서는 CTPB와 HTPB를 바인더로 한 두 종류의 추진제에 대하여 기계적 특성 시험에 의한 추진제 장기물성 변화와 온도 변화에 따른 추진제의 화학적 노화특성을 확인하여 두 추진제의 장기 저장시 안정성에의 영향을 고찰하였다. 장기물성 평가를 위해 추진제의 응력완화 시험, 온도 및 속도변화에 따른 일축 인장시험, 하중.변형 내구성 시험을 실시하였고, 2$0^{\circ}C$, 4$0^{\circ}C$, 6$0^{\circ}C$에서 32주 동안 보관하면서 노화 시험을 실시하였다.

최근의 선진국의 전략미사일에 사용되는 추진제 개발 방향은 고에너지, 저민감, 무연 및 무공해 추진제를 목표로 하고 있다. 현재까지 가장 널리 사용되어온 AP는 성능이나 기계적 특성에서 우수한 산화제이나 로켓 모타 배출기체 중에 HC1을 생성함으로써 2차 연기를 생성하며, HC1 자체가 인체에 유해한 물질이라는 단점들을 가지고 있다. 또한 RDX나 HMX는 에너지가 높은 반면 쇽(shock)에 대해 매우 민감한 단점을 가지고 있다. AN은 이러한 HC1을 생성하는 AP의 단점과 쇽에 민감한 RDX와 HMX의 단점을 해결할 수 있는 대체 산화제로 사용할 수 있으나, 성능이 대외적으로 떨어지며 상변이와 흡습성이 높은 단점이 있다. ADN은 -100~+10$0^{\circ}C$범위에서 상 변이가 없고 밀도는 1.801g/㎤, Hf는 -290cal/g이다. ADN을 산화제로 사용하면 HTPB/AP 추진제와 동등하거나 그 이상의 성능을 갖는 추진제를 만들 수가 있으며, 유해 기체인 HC1을 배출하지 않음으로 인하여 2차 연기를 없애는 장점이 있다.

다련장 로켓과 같이 무유도로서 대량 발사하는 탄을 설계함에 있어서 탄의 성능을 예측하기 위해서는 사거리와 고도 해석을 통해 체계 성능을 분석하고 탄의 특성 및 외부요소의 변화 가능성을 고려하여 탄착 정확도에 대한 해석을 수행하여야 한다. 탄착 정확도는 설계하고자하는 무기체계의 신뢰성을 평가하는 최종단계이므로 매우 중요한 factor이다. 다련장 로켓과 같은 무유도 로켓의 탄착 정확도를 평가하는 가장 좋은 방법은 많은 발수의 시료를 발사하여 획득한 데이터를 바탕으로 평가하는 것이다. 그러나 이 방법은 예비 설계시에는 적용할 수 없으며 제작이 되었다 하더라도 비용이 많이 들기 때문에 적용하기 무척 어렵다.

제트에 있어서 유동특성은 제트초기의 생성되는 불안정성이 하류에서의 와류성장에 영향을 끼치게 되기 때문에 중요하게 되며, 와류의 조절을 통해 충돌면에의 열전달 효과의 변화를 가져올 수 있게 된다 따라서 본 연구에서는 FFT를 이용하여 제트의 와류생성과 병합의 주파수 특성을 연구하고, 이에 적절한 주파수로 와류를 여기 하여 자유제트의 유동특성 변화와 이에 따른 충돌 면에서의 충돌제트의 유동 및 열전달 특성을 고찰하였다. 제트의 음향을 통한 여기를 함으로써 생성되는 와류형성 및 병합 특성 변화는 연기열선법(smoke-wire method)과 속도 및 난류강도 특성 결과를 통해 확인 할 수 있었는데, 이는 자연적으로 생성되는 와류의 주파수(고유 주파수)와 관련하여 고유주파수의 조화성분 또는 부조화성분의 주파수를 가함으로써 와류의 병합을 촉진시키거나 억제하는 효과를 나타내기 때문이다.

단일 충돌제트의 경우 충돌면에서의 열전달 효과는 제트 출구와 충돌면 사이의 간격, 노즐 형상에 따른 제트출구의 초기조건, Re$_{D}$수 변화와 충돌면의 형상이나 표면거칠기 등에 따라 변화하게 된다. 그러나 수직 충돌제트의 경우 정체영역에서의 국소적인 열전달 향상은 용이하나 반경 방향으로 열전달이 점차 감소하게 된다. 따라서 충돌면의 전반적인 열전달 향상을 위해서는 열전달이 정체점보다 상대적으로 낮은 영역에서 열전달 향상이 필요하다. 또한, 실제 적용시 충돌면의 형상이나 협소한 공간에서 노즐위치의 제약으로 인하여 충돌제트가 수직으로 분사되는 경우보다 경사진 제트가 더욱 많이 응용된다. 더욱이, 수직충돌제트가 사용되는 많은 상황에서도 주위의 다른 공기 흐름의 영향으로 인하여 실제 제트가 경사각을 갖고 분사되어진다 이러한 경사충돌제트의 중요성에도 불구하고 경사충돌제트에 대한 연구는 수직충돌제트에 대한 연구보다 상대적으로 적게 이루어져 왔다.

실전 배치되어 운용 중인 무기체계는 여러 형태의 사고 위험이 항상 존재한다 이중에서도 특히 항공기나 함정에서 발생하는 사고는 그 피해가 막대하게 커질 수도 있어 항공기나 함정 자체에 위협을 줄 수도 있다. 이러한 사고위험으로부터 인적, 물적 자원을 보호하기 위하여 둔감탄약(Insensitive Munitions)에 대한 인식이 높아지고 있으며, 아울러 이러한 무기 체계를 효과적으로 시험 평가하는 규격들이 검토되기 시작하여 1991년에 "Hazards Assesment Tests for Non-Nuclear Ordnance, DoD-STD-2105"를 기초로 한 MIL-STD-2105B가 채택되었다. 본 논문에서는 MIL-STD-2105B의 해석과 그에 따른 둔감탄약 시험에 포함되는 Bullet Impact Test, Fast Cookoff Test, Slow Cookoff Test, Fragment Impact Test, Sympathetic Detonation Test 등의 시험들의 세부적인 시험방법과 그 결과에 대한 판정 기준을 서술하였다. 또한 유도무기의 추진기관을 모델로 하여 둔감탄약 시험의 기준을 제시하였고 이 시험을 통과하기 위하여 향후 연구, 개발하여야 할 분야를 서술하였다.

Solid rocket motor case의 internal insulator로 미가류 형태의 내열재에 적당하게 tacky성과 삭막 특성을 고려한 조성을 개발하여 시스템에 성공적으로 적용하였다. 개발된 내열재의 주요 조성으로는 base polymer로 EPDM과 CR을 80/20으로 blend하여 적용했으며, 삭막 특성 향상을 위해 아라미드 섬유인 Kevlar 29를 5 phrs, Hydrated silica인 Zeosil 155를 30phrs 적용하였다. 이와 같은 조성으로 제작된 내열재는 삭마시험, 인장시험, 열특성시험 등 각종 특성시험을 수행하여 시스템에 적용하기 위한 성능을 확인하고 공정에 적용하였다. ST-8 표준 모타에 적용하여 삭막시험한 결과 삭마율 0.21mm/sec를 얻었고, 추진기관 사용 온도인 -4$0^{\circ}C$-6$0^{\circ}C$ 온도 범위에서 기계적성질 값을 측정하여 성능 저하가 없는 안정된 값을 얻었으며, DSC로 Tg point 측정 결과 -55$^{\circ}C$로 나타나 저온특성이 우수한 EPDM 내열재 특성을 확인할 수 있었다.

제트베인을 이용한 추력방향 제어장치를 개발하여 평균추력 2950 lbf, 평균 압력 714 psig, 연소시간 4.8초, 노즐 출구직경 약 100mm인 추진기관에 장착하고 이를 시험하고 분석하였다. 재질에 따른 제트베인의 삭마성을 알아보기 위하여 텅스텐과 구리(W/Cu), 지르코늄산화물과 텅스텐(ZrO$_2$/W), 지르코늄 산화물과 몰리브덴(ZrO$_2$/Mo)의 3가지 재질의 베인을 사용하였다 시험된 제트베인 재질 중 지르코늄 산화물과 몰리브덴(ZrO$_2$/Mo)의 합금을 사용한 베인이 내열성 및 삭마성에서 가장 우수하였으며(삭마량 27.65% 삭마율 5.7mm/sec), 지르코늄 산화물과 텅스텐(ZrO$_2$/W), 텅스텐과 구리(W/Cu)의 순서이었다.

고체 추진제 로켓의 연소시에 발생되는 산화 알루미늄(A1$_2$O$_3$) 입자는 로켓 추진 노즐에서 팽창과정의 효율을 저하시키는 요소가 되며, 이러한 비효율성은 연소 가스와 입자간의 비평형 상태 효과와 기본적인 속도와 열적 차이에 의해서 발생된다고 보고되었다. 또한 연소시 발생된 산화 알루미늄 입자는 높은 열과 큰 운동량을 가지고 로켓 노즐 내부를 유동하게 되며, 매우 많은 량이 짧은 시간에 고온 고속으로 노즐 벽면이나 기타 구조물에 충돌 및 점착하기 때문에 로켓 노즐내의 표면이 손상을 입게 되고, 로켓의 방향 제어 및 조정 안정성이 저하되며, 구조적인 강도가 약화 될 수 있다. 또한 산화 알루미늄 액적들의 경우 노즐 벽면에 고착되게 되면 로켓의 중량 증가로 인해서 추력의 손실을 초래할 수 있다. 따라서 이러한 연소 부산물들의 운동 경로와 충돌 위치 및 표면에서의 충돌량과 그리고 충돌에 따른 마모량 및 점착 그리고 열전달 특성을 예측하는 것이 필수적이다.

2차 유동 분사에 의한 추력 방향 제어 방법은 기존의 기계적인 장치를 이용한 방향제어 방법에 비해 부가적인 복잡한 기계적 작동장치와 이에 따른 무게의 증가를 배제할 수 있다. 본 연구에서는 전산 유동해석을 이용하여 2차원 초음속 수축-행창 노즐 유동에 2차 유동을 분사하여, 2차 유동의 분사우치 및 분사 유량 및 분사 각도 등이 추력의 방향 및 크기에 미치는 영향을 밝혀 이들 상호간의 상관관계를 구하여 추력 방향 제어를 위한 최적의 2차 분사 조건을 제시하였다. 유동 해석 견과 2차 유동의 분사 위치는 생성된 경사 충격파가 노즐 출구까지 분포되는 지점이 최대 전향각과 횡추력을 가지는 분사 위치임을 알 수 있었다

차세대 비행체가 갖추어야 할 요건으로 다양한 작동 범위에서 다목적으로 사용될 수 있어야 한다는 점이다. 비행체는 작전시 초음속으로 순항해야 하며, 폭탄으로 손상된 비행장에서도 이륙하여 작동할 수 있도록 짧은 이륙과 착륙 거리를 가져야 하기 때문에 현재 비행체보다 더 큰 받음각에서 작동하여 비행시 뛰어난 기동성을 가져야 한다. 제어력을 향상시키기 위해서 받음각과 동압에 의존하지 않고 큰 제어 모멘트를 제공하는 차세대 방법은 엔진의 배기가스를 원하는 비행 방향으로 제어하는 것으로 이러한 방법을 추력 편향 제어(Thrust Vector Control)라고 한다. 기존 공력에 의한 비행 자세제어 방법은 속도의 2승에 비례하는 제어력을 발생하지만, 실속을 피해야하기 때문에 공기력을 이용한 날개 및 비행체의 받음각에 한계가 있어 비행체의 선회능력을 제한하며 고공에서 저속비행 하는 경우에는 공기의 밀도가 낮고 동압이 작게 작용하여 선회능력은 낮아진다. 그러나, 추력 편향 장치는 공력을 이용하지 않고 추력을 이용하기 때문에 실속에 의한 제한이 없어 큰 받음각(70$^{\circ}$-90$^{\circ}$)으로 선회할 수 있어 월등한 기동성을 발휘할 수 있다. 이러한 추력 편향 장치 중 제트 베인형은 소형화가 가능하고, 하나의 노즐로 수직, 수형 및 횡 방향의 3축 제어를 할 수 있어 많이 사용되고 있다.

충격파의 경사반사는 초음속 비행체의 외부유동, 대형압축기의 디퓨져 내의 유동, 증기 터어빈 최종단 익렬유동, 데토네이션파가 벽면에 입사하는 유동 혹은 램제트의 연소공기 유입구 유동 등 초음속 유동에서 흔히 발생하며 이때의 유동장의 해석과 충격파 감쇄, 충격파와 간섭하는 벽면의 영향 등은 공학적으로 구명되어져야 할 중요한 문제이다. 전파하는 평면충격파가 벽면에 입사하는 경우 일어나는 충격파 경사반사는 크게 정상반사와 마하반사로 대별된다. 정상반사와 마하반사 간의 천이기준에 대한 연구는 오래 전부터 수행되어 왔고 입사충격파가 약한 경우 이론적 천이 기준인 이탈기준(detachment criterion)과 실험값의 차이 즉 Neumann paradox가 존재한다는 것이 밝혀졌다.

상대 습도가 높은 다습 환경이나 강우 또는 강설 환경하에서 기체의 비행 성능을 평가하기 위해서는, 이러한 환경하에서 수분 유입으로 인한 제트 엔진의 성능변화를 고려하여야 한다. 수분 유입으로 인한 제트 엔진의 성능 변화는 주로 수분 함유량에 따른 자동 유체의 물성치 변화에 기인하는 것으로, 본 연구에서는 다양한 형태의 수분 유입이 압축기, 연소기, 터어빈 및 배기 노즐과 같은 엔진 구성품의 공력 성능에 미치는 영향을 정량적으로 고찰하고 이를 종합하므로써 제트 엔진이 겪는 공력 성능의 변화를 예측하였다. 예측 결과를 기존의 해석 및 시험 결과와 비교하므로써 그 신뢰도를 검증하였으며, 이로써 제트 엔진의 운용 환경과 관련된 고 비용의 시험 또는 시험에 근거한 성능 보정을 대체할 수 있다.

중형항공기용 터보펜 엔진의 성능모사와 LQR 제어기 설계에 대한 연구를 수행하였다. 동적 성능모사를 설계점으로 선정한 지상최대이륙조건과 탈설계점으로 선정한 최대상승조건과 순항조건에 대하여 Step 증가, Ramp 증가, Ramp 감소, Step증가 후 Ramp 감소의 4가지 연료공급에 조건에 대하여 수행되었다. 성능모사 결과 모든 비행조건에서 연료를 Step 증가시킬 경우 고압터보빈의 입구온도가 제한온도인 3105$^{\circ}$R을 초과함을 확인하였고, 최대 상승조건에서 연료를 Step 증가시킬 경우가 4.5초 이내에 Ramp 증가시킬 경우 고압압축기에 서지가 발생함을 확인하였다. 따라서 고압터어빈의 오버슈트와 고압압축기의 서지를 동시에 제어할 수 있는 다변수 제어기의 설계가 필요함을 확인하였다.

원기둥을 지나는 초음속 유동장은 재순환, 재접합, 유동 박리, 팽창파동이 발생하는 복잡한 유동장이며, 비행체의 성능개선을 위해서 이해되어야 한다. 난류 에너지를 지배하는 방정식에는 압축성 유동장의 경우 압력 팽창항, 팽창 소산항, Favre 속도에 의한 영향 등의 수정항이 첨가되어야 한다는 연구 결과가 나오고 있다 본 연구에서는 밀도변화에 따른 영향이 적은 것으로 알려진 k-$\omega$ 보형에 압축성에 대한 수정항을 첨가하여 유동장을 모사하여 비교하였다. 수정항의 첨가로 인하여 나온 결과를 얻을 것으로 예측되었으나 k-$\omega$ 모형에 수정을 가한 경우 수정하지 않을 경우에 비해 좋지 않은 예측을 하는 결과가 나왔다. 이는 압축성 난류 유동을 위한 수정항의 사용이 기지부 근처의 유동을 모사하기에는 부적합함을 보이며, 압축성 난류 유동에 대해서 보다 근본적인 이해가 필요함을 보여주고 있다

본 연구는 500KW급 수평축 풍력발전기용으로 개발된 회전날개의 시제품 제작에 앞서 축소모델에 대한, 이론적으로 예측된 공력성능과 신축에 의한 공력성능을 비교 검토함으로서, 설계결과를 검증하고, 필요한 경우 설계를 보완하여 개발위험도를 최소화하기 위해 수행되었다. 시험모델의 크기는 실제의 5%로서 직경이 2.1m이며 날개의 시위길이는 0.2r/R에서 0.101m, 날개끝에서 0.043m 이고, 날개단면형 상온 FX-S-03-182이다. 블레이드의 재질은 Glass/Epoxy 복합재료로 제작되었으며, 실제 풍황을 모사하기 위해 자연풍 상태에서 실험하였다. 실험장치의 구성은 15m 높이의 타워에 회전날개와 전자브레이크 및 각종 센서를 장착하였고, 날개가 회전하기 시작하면 제동장치에 의해 부하를 주면서 토크, 회전수, 풍속 등을 각각의 센서로부터 자료획득장치를 통해 자료처리를 할 수 있도록 하였다. 실험하는 동안 풍속은 4m/s-13m/s 정도로서 시동 풍속인 4m/s와 정격풍속인 12m/s를 포함하여 회전날개의 전체적인 특성을 파악하기 용이하였고, 이론적인 예측성능과 측정된 성능을 비교 검토한 결과 비슷한 결과를 얻어 공력설계 및 해석 방법을 검증하였다.