Japan Aerospace Exploration Agency(JAXA) has been conducting research and development of the Scramjet engines and their derivative combined cycle engines as hypersonic propulsion system for space access. Its history will be introduced first, and its recent advances, focusing on the engine performance progress, will follow. Finally, future plans for a flight test of scramjet and ground test of combined cycle engine will be introduced. Two types of test facilities for testing those hypersonic engines. namely, the 'Ramjet Engine Test Facility (RJTF)' and the 'High Enthalpy Shock Tunnel (HIEST)' were designed and fabricated during 1988 through 1996. These facilities can test engines under simulated flight Mach numbers up to 8 for the former, whereas beyond 8 for the latter, respectively. Several types of hydrogen-fueled scramjet engines have been designed, fabricated and tested under flight conditions of Mach 4, 6 and 8 in the RJTF since 1996. Initial test results showed that the thrust was insufficient because of occurrence of flow separation caused by combustion in the engines. These difficulty was later eliminated by boundary-layer bleeding and staged fuel injection. Their results were compared with theory to quantify achieved engine performances. The performances with regards to combustion, net thrust are discussed. We have reached the stage where positive net thrust can be attained for all the test coditions. Results of these engine tests will be discussed. We are also intensively attempting the improvement of thrust performance at high speed condition of Mach 8 to 15 in High Enthalpy Shock Tunnel (HIEST). Critical issues for this purposemay be air/fuel mixing enhancement, and temperature control of combustion gas to avoid thermal dissociation. To overcome these issues we developed the Hypermixier engine which applies stream-wise vortices for mixing enhancement, and the M12-engines which optimizes combustor entrance temperature. Moreover, we are going to conduct the flight experiment of the Hypermixer engine by utilizing flight test infrastructure (HyShot) provided by the University of Queensland in fall of 2005 for comparison with the HIEST result. The plan of the flight experiment is also presented.

정지궤도 인공위성의 추진시스템은 각 탱크 및 배관, 주요 핵심부분 등에 온도를 측정할 수 있는 온도센서를 장착하고 있다. 또한 추진시스템 내에 다수의 탱크가 장착될 경우 온도변화에 따라 탱크 내 추진제가 이동하는 열펌핑 현상이 발생하고 이때 온도변화는 일정한 경향을 갖는다. 본 논문에서는 무궁화위성 1호 추진시스템의 온도변화를 분석하고 이를 통하여 배관내에 가압제의 유입시기를 추정하고 위성폐기 시점을 추정하고자 한다.

공중발사 방식은 일반적인 지상발사와 비교해 볼 때 많은 장점을 지니고 있다. 그러나 공중발사 로켓의 형상은 모선에 장착 시 많은 제한이 따르기 때문에 여러 해석분야를 통합한 시스템 설계가 필요하다. 시스템 설계는 순차적 최적화와 MDF 기법을 이용하여 수행되었다. 해석 모듈은 임무분석, 단배분, 추진해석, 형상, 중량해석, 공력해석, 궤적해석을 포함한다. 두 가지 기법 중 MDF 기법을 이용하였을 때 더 좋은 결과를 도출하였다. 시스템 최적화 결과 총 중량 1244.91 kg. 위성중량 7.5 kg, 총 길이 6.18m, 지름 0.60 m을 지닌 초음속 공중발사 로켓이 설계되었다.

본 연구에서는 우주발사체에 적용할 킥 모터에 대한 기초설계 및 분석을 수행하였다. KM은 KSLV-I의 2단으로서 개발된다. 고체모터는 HTPB계열의 복합제 추진제, 복합재 모터 케이스 및 잠입형 노즐을 갖고 있으며 체계요구조건에 맞도록 개발하기 위해 실물형 추진기관의 $50\%$크기의 축소형 모터를 선행 개발, 시험하였다.

LOx와 Kerosene을 연료로 사용하는 LRE(Liquid Rocket Engine) Block에서 지상연소시험을 수행할 경우에 발생하는 위험도를 감소시키는 방법을 연구하였다. 추진제누출로 이어지는 위험한 상황에 대한 원인분석도와 추진제 유출시 사고로 이어지는 발전 양상 및 발전 프로세스, 사고시 손실을 줄이기 위한 기술적인 해결방법을 제시함으로써 기존의 확률적인 통계 값을 바탕으로 하는 것과는 또 다른 방법으로써 위험을 감소하기 위한 대안으로 사용하고자 한다.

다목적실용위성 2호기의 추진계는 (주)한화에서 많은 부분 국산화에 성공하였다. 그중에서 추력기 열차폐막도 현재 설계, 해석, 가공까지 항우연과 함께 국산화에 성공하였다. 열차폐막의 국산화를 위해 기존의 용접 및 전기주조법을 적용하였는데 이때 전기주조법을 통해 일체형으로 제작할 경우 열차폐막의 내경이 용접으로 제작된 형상보다 작게 된다. 그래서 위성의 발사환경에서 열차폐막 끝단과 추력기 노즐 사이의 간섭에 대한 가능성을 검증하기 위해 항우연에서 구조해석을 수행하였으며 이를 바탕으로 제작을 수행하였다. 본 논문에서는 다목적실용위성 2호에 장착될 추력기 열차폐막의 설계, 해석, 가공의 전 과정을 설명하고자 한다.

미세균열이 생기기 전 $80^{\circ}C$ 물속에서 침수시간이 변함에 따른 $Avimid^{R}$ K3B/IM7 복합재의 습기노화현상에 관하여 연구하였다. $80^{\circ}C$ 물속에서 복합재의 강성을 저하시키는 요인으로는 수지 강성의 저하나 잔류응력의 변화 그리고 섬유와 수지 사이의 계면 손상이다. $80^{\circ}C$ 물속에서 수지에 습기가 포화되는 시간은 500 시간이며 K3B/IM7 복합재에 습기가 포화되는 시간은 100 시간이다. $80^{\circ}C$ 물속에서 수지가 500 시간 가속노화한 후 DSC 시험을 한 결과 $T_{g}는 1\%$ 이내 증가하였으며 무게는 $1.55\%$증가하였다. $80^{\circ}C$ 물속에서 수지의 습기 포화 속도가 복합재의 습기 포화 속도 보다 빨랐다. 500 시간 노화한 후 수지의 파괴인성은 $37\%$ 저하하였으며 100 시간 노화한 후 [+45/0/-45/90]s K3B/IM7 복합재의 미세균열 파괴인성은 $28\%$ 감소하였다.

하이드라진을 추진제로 쓰는 아크젯 추력기 내의 열화학적 유동장을 전산유체를 이용해 해석하였다. Ohm가열 및 Lorentz힘을 고려하기 위하여 Maxwell 방정식과 연계된 RANS 방정식을 이용하였으며, 매우 빠른 반응 및 광학적으로 두꺼운 매질을 가정하여 하이드라진의 화학 반응과 열복사를 해석에 포함하였다. 아크젯 추력기 내부 유동의 열-물리적 이해와 더불어, 해석의 결과는 0.6 kW의 가열에 의하여 성능지표인 추력과 비추력이 각각 $20\%와 200\%$가 향상됨을 보여준다.

본 논문에서는 인공위성의 자세제어에 활용될 미소 추력의 발생장치로서 고체추진제를 이용한 마이크로로켓을 제작하고 이의 성능평가를 위한 기초실험 수행내용을 기술 하였다. 분사제트의 가시화를 통해 로켓의 성능분석을 시도하였고 점화 가능성을 확보하기 위해 여러 형태의 점화기법을 연구해 보았다. 크기가 작은 만큼 제작과 점화가 어렵고 추진력 측정에 정밀성이 요구되었다. 추진력을 측정하기 위한 두 가지 형태의 미소추력 측정 장치를 개발 하였고 측정 장치의 성능평가를 수행하였다.

이 논문은 열폭발 실험에서의 열적, 화학적, 기계적 행동의 결과에 대한 3차원 모델 결과를 나타낸다. 폭발이 관찰되기 전까지 제한된 고 폭발물은 시간당 $1^{\circ}C$의 비율로 가열된다. 임의의 Lagrangian-Euler 코드를 사용하여 모델링된 가열, 점화 그리고, deflagration 단계는 구조적에서 동적인 hydro 시간단계까지 변하는 넓은 범위의 시간 영역에서 다루어 질수 있다. Johnson-Cook Failure Model (JCFM)에 실험적 고장분포를 더하여 폭발기기의 균열방향과 fragment의 크기를 예측할 수 있는 모델을 개발한다.

하이브리드 로켓은 기존의 고체, 액체 로켓에 비하여 많은 이점을 가지고 있다. 본 연구에서는 선회류 하이브리드 로켓을 설계 및 제작하여 regression rate의 증진 방안을 모색하고자 하였다. 산화제 선회강도의 변화에 따라 연소실 압력을 측정하여 추력을 계산하였으며, 연소과정의 가시화를 통해 근사적 regression rate를 측정하였다. 또한 하이브리드 로켓 시험 중 발생할 수 있는 문제점과 해결 방안도 제시하였다.

A diagnostic investigation is carried out to examine the igniter jet turbulence effects on the internal ballistics of solid rocket motors with divergent port. The numerical studies have been carried out with the help of a two dimensional k-omega turbulence model. It was inferred that increasing the igniter jet turbulence intensity is a possible way to decrease the pressure spike and pressurization rate, marginally during the ignition transient, by altering the location of the secondary ignition in solid rocket motors with non-uniform port.

HTPB/AP의 성능을 이론적 계산에 의해 분석한 결과, Zr 함유 추진제는 Al 추진제보다 비추력이 낮은 데 이는 화염온도가 낮고. Zr 산화물의 분자량이 크기 때문이었다. HTPB/AP/Zr 추진제에서 Zr의 입도가 작을수록 연소속도가 증가하며, 입도가 작은 $2{\mu}m$ Zr은 함량이 증가할수록 금속화염으로부터 연소표면으로 전달되는 열량이 증가하여 연소 속도가 빨라지는 것으로 나타났다. 150nm 크기의 Al을 HTPB/AP/Zr 추진제에 적용하면 연소 속도가 증가하지만, 연소속도 증진 효과가 매우 좋은 Butacene 및 $1{\mu}m$ AP가 함께 함유된 추진제에서는 AP의 입도 분포의 영향에 의해 nano Al으로 인하여 연소속도가 감소할 수도 있다는 것을 알게 되었다.

본 연구에서는 하이브리드 모터의 연소율 증진을 위해 두 가지 방법을 사용하여 연구하였다. 첫째로, 산화제 유입 시에 스월 유동을 적용하여 연소율 향상을 이룰 수 있도록 산화제 스월 인젝터를 적용하여 실험하였다. 둘째로 연소 면적 증대와 스월 유동을 유도하기 위하여 나사산 형상의 연료 그레인을 제작하여 연구하였으며 PMMA 고체 연료와 기체 산소가 사용하였다. 이전에 진행되었던 실험 결과를 바탕으로 새로운 실험결과를 분석하고, 각 방법의 문제점을 살펴보고 개선점을 연구하였다.

본 연구에서는 연소촉매인 Butacene과 $Cr_{2}O_3$를 함유하는 HTPB/AP 추진제 조성이 추진제의 friability에 미치는 영향을 조사하였다. Inston tensile tester와 strand burner를 이용하여 HTPB/AP 추진제의 기계적 특성과 연소속도를 측정하였다. 추진제의 탄속에 따른 shot-gun과 closed bomb 시험 결과로부터 추진제의 friability를 계산하였다. 결론적으로, 추진제의 조성 중 Butacene의 함량이 많은 추진제 또는 AP $6{\mu}m$의 함량이 많은 추진제가 friability가 큼을 알 수 있었다.

하이브리드 로켓 추진기관은 사고로 인한 폭발의 위험성이 적고 경제적이어서 이미 1950년대부터 개발되어 왔으나 고체 연료의 낮은 후퇴율로 때문에 크게 주목을 받지 못해 왔다. 그러나 최근 기존의 HTPB 계열의 연료보다 $2\sim3$배 빠른 후퇴율을 가진 파라핀 계열의 새로운 고체연료의 개발로 향후 여러 분야에서 미슬, 로켓, 발사체의 추진기관을 대체하게 될 것이다.

본 연구에서는 단일 포트 그레인 형상을 갖는 하이브리드 추진 시스템의 고체 연료 L/D 비 변화에 따른 연소 특성을 고찰하였다. 본 연구를 위해 그레인 포트 직경이 같은 경우와 그레인 길이가 같은 경우로 나누어 L/D 비 변화에 관한 실험을 수행하였다. 그레인 포트 직경이 같은 경우 L/D 비 변화에 따른 후퇴율은 큰 차이가 없었으며 L/D 비가 클수록 O/F 비는 낮았고 추력은 높았다. 그레인 길이가 같은 경우 L/D 비 변화에 따른 O/F 비와 추력은 큰 차이가 없었으며 L/D 비가 작을수록 후퇴율은 높았다.

본 연구에서는 내부용적이 200cc와 700cc인 closed bomb법 이용하여 $1,000\sim30,000$ psi범위에서 고체 추진제의 연소속도를 측정하여 고체 추진제의 연소 특성을 고찰하였다. $5,000\sim15,000$ psi범위에서 두께 1mm의 디스크 형 시편으로 closed bomb법에 의해 측정한 연소속도가 $1,000\sim5,000psi$ 범위에서 strand burner법에 의해 측정한 연소속도와 잘 일치하였다. 200 cc와 700 co에서 측정된 연소속도는 bomb 부피에 상관없이 잘 일치하였다. HTPB/AP 추진제의 경우는 $5,000\sim7,000$ psi 범위에서 압력 지수가 급격히 증가하였다.

본 연구는 기존의 폭발볼트와는 달리 작동에 필요한 전원의 공급 없이 수행하면서, 또한 지연기능까지 포함한 비전기식 지연형 폭발볼트에 관한 것이다. 즉 비전기식 작동방법을 이용하여 전원 공급 장치를 없앨 수 있기 때문에 분리장치의 소형화가 가능해졌고, 이를 위하여 기존 폭발볼트의 작동 메카니즘과는 다른 새로운 개념의 메카니즘을 적용하였고, 또한 지연기능을 추가하기 위하여 작동메카니즘 개발과 별도로 지연장치를 개발하였다. 전원을 사용하지 않고 작동하는 착화장치를 설계하기 위하여 폭발볼트가 결합된 비행체에서 발생하는 공기의 저항력을 이용하였다. 고속으로 비행하는 발사체의 속도를 줄이고 안전한 착륙을 위한 낙하 시스템의 설계에 고려될 수 있는 장치라고 생각된다.

초고온($2700^{\circ}C$) 연소가스에 직접 노출된 상태에서 가스유동에 의한 동압을 받는 추력편향장치용 제트 베인의 열구조 안전성을 평가하기 위하여 내열합금의 초고온 인장시험 및 3차원 비선형 수치해석을 수행하였다. 고온 구조거동을 분석하여 제트 베인의 구조안전성을 평가하였으며 구조해석결과를 지상연소시험결과와 비교하였다. 구조 및 열 하중의 대부분은 제트 베인 축에 집중되었으며, 축은 $1400^{\circ}C$ 이하에서 구조적으로 안전한 것으로 밝혀졌다. 지상연소시험결과와 구조해석결과의 비교를 통하여 베인 하중과 축의 변위를 기준으로 구조안전계수를 평가하는 것이 등가응력에 의한 평가 기준보다 더 유용한 기준으로 판단되었다.

Failure mechanisms were investigated for the two layer thermal barrier coatings consisting of NiCrAlY bond coat and $ZrO_2-8wt.\% Y_{2}O_3$ ceramic coating during cyclic oxidation. $Al_{2}O_3$ developed at the ceramic coating/bond coat interface first, followed by the Cr/Ni rich oxides such as $NiCr_{2}O_4 and Ni(Al,Cr)_{2}O_4$ during cyclic oxidation It was observed that the spalling of ceramic coatings took place primarily within the NiCrAlY bond coat oxidation products or at the interface between the bond coat oxidation products and zirconia based ceramic coating or the bond coat. It was also observed that the fracture within these oxidation products occurred with the formation of $Ni(Cr,Al)_{2}O_4$ spinel or Cr/Ni rich oxides. It was therefore concluded that the formation of these oxides was a life-limiting event for the thermal barrier coatings.

본 연구는 램제트 엔진의 돔포트 커버의 소재로 사용 될 첨단 그라스 세라믹(MACOR) 소재에 대한 동적 파괴인성 시험을 목적으로 한다. 다양한 노치반경의 시험편에 대하여 스트레인게이지법을 사용한 정적과 동적 파괴인성 시험을 수행하였다.

고온과 고속의 열악한 환경 속에서 발생하는 비행체의 삭마현상은 일반적으로 상변화를 수반하는 유체의 유동, 에너지 전달, 질량전달, 화학반응이 수반되기 때문에 해석과정이 복잡하다. 본 연구에서는 액체로켓엔진의 흑연노즐에 대하여 1차원적으로 삭마현상을 수치해석하고, 실험을 통하여 이를 비교 검토하였다. 낮은 연소압력과 산화제/연료비에서는 삭마가 거의 이루어지지 않았으며, 연소압력과 혼합비가 낮은 경우에는 해석결과의 신뢰도는 낮고 정상작동 구간에서의 해석결과와 실험결과가 차이가 많은 것으로 보아 화학적 삭마 외에 기계적 삭마도 상당하다.

로켓 엔진 시스템의 예비 설계를 위한 성능 설계 프로그램을 작성하였다. 추력실, 비극저온 추진제용 원심 펌프, 축류 단단 충동형 터빈 그리고 개방형 가스발생기 사이클에서 추가 추력을 얻기 위한 배기 파이프 등이 고려되었다. 설계 절차의 단순화를 위해서 펌프 토출 압력은 설계 입력치로 하였다. 이로 인해서 터보펌프유닛과 추력실 사이의 압력 밸런싱 문제는 설계과정에서 배제되었으며 시스템 전체의 유량 밸런싱만이 고려되었다. 본 논문에서는 시스템 흐름도와 부분품별 설계 절차를 제시하였고 계산 결과는 실제의 대상 엔진 사양과 함께 제시되었다.

본 연구에서는 질유량 최소화 및 고압력비를 요구하는 가스발생기 방식의 개방형 액체로켓엔진(LRE)용 터보펌프유닛(TPU) 성능 설계를 위해 구성품인 비극저온 원심펌프 및 부분분사노즐을 사용하는 1단 충동형 터빈에 대한 성능설계 프로그램을 작성였다. 펌프출구압력, 가스발생기에서의 혼합비 등을 입력값으로 하고 펌프-터빈간의 출력 매칭을 위한 유량밸런싱을 통해 프로그램을 통합하여 기존에 작성한 액체로켓엔진시스템 개념설계 프로그램에 TPU 모듈로 삽입하였으며, 이를 통해 엔진시스템 요구조건 및 가스발생기 질유량 최소화 조건을 만족하는 터보펌프시스템의 기본 설계 조건을 구하여 러시아 엔진 데이터와 비교$\cdot$검토하였다.

재생냉각형 액체로켓 연소기 챔버의 냉각 채널부의 상온상태의 구조설계와 검증시험을 수행하였다. 재생냉각 연소기 냉각 채널부에 사용하는 크롬동 합금의 상온 인장시험을 수행하여 재료의 탄소성 물성치를 확보하였으며 냉각 채널의 탄소성해석은 이 물성치를 이용하여 수행하였다. 해석결과의 검증을 위해서 평판형태의 냉각채널 시편을 제작하여 강도시험을 수행하였다. 탄소성 구조해석과 결과와 시편의 수압시험 데이터를 비교한 결과 구조해석과 시험이 약간의 차이는 있지만 비교적 잘 일치하였으며 채널의 단면 두께가 작기 때문에 제작상의 가공오차가 채널의 구조적인 안정성에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다.

액체로켓엔진의 성능 및 냉각특성 연구를 위한 연소시험장치가 개발되었다. 본 시험장치는 액체산소와 케로신을 추진제로 사용하는 추력 1 KN 이하의 액체로켓엔진의 성능 및 냉각 특성연구가 가능하며, 일련의 연소시험을 통해 정상적인 작동을 확인할 수 있다. 또한 케로신 중심 분사 방식의 동축형 인젝터를 사용하는 엔진에 대해 물 냉각 연소시험을 수행하고 연소시험과 CEC86을 이용한 연소해석 결과를 통해 액체로켓엔진 성능 인자로서, 특성속도, 비추력 관점에서, 추진제 혼합비 및 연소실 압력의 영향을 분석한다.

우주발사체는 위성 및 spacecraft와 같은 페이로드를 정해진 궤도에 정확하게 투입하기 위해 추력제어가 용이하고 비추력이 높은 액체추진시스템을 주로 사용한다. 그러나 액체추진시스템은 고체추진시스템에 비해 구조가 복잡하고 고도의 기술을 요하므로 개발과정이 매우 어렵다는 단점이 있다. 우주발사체 개발과정 중 초기의 시스템 설계 단계는 전체 발사체 개발비용 및 일정을 축소하고 성능을 향상시킬 수 있는 중요한 단계이다. 본 논문에서는 최상의 액체추진시스템을 선택하기 위한 시스템 설계 단계에서의 프로세스를 제시하고 설명하였다.

본 연구를 통해 액체 로켓 추진기관의 안전한 시험을 수행하는데 있어 발생할 수 있는 문제점들에 대한 연구를 수행 하였다. 특히 산소시스템 내부에 축적되는 오염물질과 그것들의 시스템 내부 이동에 관하여 심도 있는 연구를 하였다. 추진기관의 산화제 누출로 일어날 수 있는 사고의 확률을 감소시키기 위한 시스템 운영에 대한 몇 가지 방법들을 연구하였고, LOX 내에 오염물질의 축적으로 인한 사고 감소 방법에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통해 얻은 method의 일반적인 원리는 추진기관 시험설비의 산소시스템에 적용할 수 있을 뿐 아니라, 기타 추진제에도 적용할 수 있다.

The spray characteristics of liquid jet minted in subsonic cross-flow were investigated numerically and experimentally. The behaviors of column, penetration and breakup of plain liquid jet in non-swirling cross-flow of air have been studied. Numerical and physical models are based on a modified KIVAII code. The primary atomization is represented by a wave model based on the KH(Kelvin-Helmholtz) instability that is generated by a high interface relative velocity between the liquid and gas flows. CCD camera has been utilized in oder to capture the spray trajectory. The nozzle diameter was 0.5 mm and its L/D ratios were between 1 and 5. Numerical and experimental results indicate that the breakup point is delayed by increasing gas momentum ratio, the penetration decreases by increasing Weber number and the turbulent or nonturbulent liquid jet is obtained at different L/D ratio.

Considering the increase of interest in $H_{2}O_2$ as a rocket propellant, a test facility and a rocket engine have been developed to research in areas of $H_{2}O_2$ mono-propellant propulsion. A detailed design-study of a $H_{2}O_2$ mono-propellant rocket engine of 100-N thrust is presented. Several firings attempted in early stage had some problems with misfire and chamber pressure decrease. Low environmental temperature and impurities included in hydrogen peroxide were considered to be the reasons. Addressing these points resulted in successful firing of the rocket engine and obtained thrust about $100\sim107-N.$

액체로켓 추진시스템에서 가압시스템은 발사체 추진제 탱크의 얼리지 공간에 제어된 가스를 공급하는 것이다. 가압시스템에서 고온 가스 열교환기를 적용하는 데는 가압제의 비용적을 증가시켜 전체 발사체 시스템의 중량을 감소시키는 장점이 있다. 가압시스템 성능에 있어서 주목할 만한 개선점은 극저온 시스템에서 얻어질 수 있다. 이러한 경우 가스 공급은 극저온 탱크 내부에 저장되어 진다. 극저온 가압제의 온도 특성은 가압시스템에서 구성 단품을 개발하는데 있어서 매우 중요하다. 본 연구에서는 SINDA/FLUINT를 이용한 수치적 모델링과 PTF(Propellant-feeding Test Facility)에서 수행된 실험에 대하여 해석 및 시험이 수행되었다.

액체추진기관을 사용하는 발사체의 극저온 추진제 온도 conditioning 방안의 일환으로 헬륨분사에 의한 액체산소 과냉각 시험을 수행하였다. 동일한 질량의 액체산소에 대하여 서로 다른 유량의 헬륨을 분사하고 냉각 특성을 비교하였다. 시험조건 하에서 약 $5\sim6^{\circ}C$의 냉각 효과를 얻을 수 있었으며 외부 단열상태에서 특정 온도까지 냉각되는 시간은 헬륨 분사량에 반비례함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 기상 압력파동에 구속된 액적 내부의 에너지 파동과 연소응답의 상관관계를 고찰하였다. SRK 상태방정식과 Flash 계산법에 기초한 1차원 액적 기화모델로 기상과 액상의 2상 시스템에 대한 수치해석을 수행하였다. n-Pentane 액적과 기체 질소를 대상으로 기상압력과 압력파동 구동주파수에 따른 에너지 파동의 전파특성을 분석하였다. 액적 내부 에너지 파동의 주파수가 낮을수록 액적 내부로의 에너지 전파가 용이하였으며 결과적으로 연소응답의 크기를 감소시키는 요인이 되었다.

로켓엔진에서 선형 연소 안정한계에 미치는 유한화학반응의 열적 효과와 막냉각 효과를 조사하였다. 안정한계를 평가하기위해 3차원 연소실에서 유한화학반응을 채택한 반응 유동장 계산으로부터 구한 유동변수들을 사용하였다. 주요 유동변수들의 값은 유한화학반응 모델의 채택으로 인해 상당히 달라졌으며 결과적으로 안정한계도 수정되었다. 유한화학반응은 열적 관점에서 안정성 향상에 기여함을 알았다. 또한, 막냉각을 한 경우, 안정성 경향이 향상됨을 알 수 있었다.

추진제 주입압력 350 psia 에서 0.95 lbf 의 정상상태 공칭추력을 내는 단일액체추진제 하이드라진 추력기의 펄스모드 성능평가 결과를 제시한다. 연소시험 절차에 대한 간략한 기술과 함께 펄스모드 작동으로부터 얻어지는 추진제 공급압력, 추력기 작동환경 진공도, 그리고 추력 등의 변이거동에 대한 전형적인 결과를 추력기의 열적 반응과 더불어 검토한다. 제시된 성능은 1-lbf급 표준형 단일추진제 로켓엔진의 펄스모드 기준성능과 성공적으로 비교된다.

가스발생기는 액체 추진 로켓의 터보 펌프 시스템에서 터빈을 구동시키기 위한 중요한 장치이다. 터빈 블레이드의 보호를 위해서 가스발생기의 출구 온도가 제한을 받으며, 이를 위해 농후 연소를 발생시킨다. 본 연구에서는 가스발생기의 연소에 대한 수치적 연구를 통하여 가스발생기 내부의 유동 특성을 이해하고 나아가 가스발생기의 성능을 예측할 수 있는 수치 해석 도구의 개발을 목표로 하고 있다.

본 연구는 액체산소와 케로신을 추진제로 하는 액체로켓엔진에 막냉각 링을 장착하여 추진제의 혼합비의 변화 및 막냉각제의 종류, 유량 그리고 분사위치에 따라 추력실 길이방향으로 외벽온도를 측정하였다. 연소실험을 위하여 thin wall 연소실과 노즐을 제작하였으며, 측정된 온도를 이용하여 추력실에 발생하는 열유속을 계산하였다.

연소기 설계에 유용한 자료를 제공하기 위해 연소실내에서 연료와 산화제의 분무 연소에 관한 수치적 해석을 수행하였다. 분무 모델로 DSF 모델과 Euler-Lagrange 방법을 사용하였다. 액적 가열을 고려하여 액적의 온도 변화를 계산하였다. 액적과 가스상의 커플효과와 가스상과 증발된 기체상의 커플효과를 고려하기 위해 PSIC 모델을 사용하여 계산하였다.

로켓엔진 연소기의 분사면 냉각성능을 개선하기 위한 연료 매니폴드의 최적형상을 제시하였다. 매니폴드의 형상은 분사균일성을 최대한 유지하면서 분사면 중심의 냉각성능을 높일 수 있어야 한다. 이를 위하여 7가지 후보 형상에 대하여 냉각성능을 비교한 결과 분사기 2-3열과 9-10열 사이에 분할 판이 설치된 형상이 최적인 것으로 판단된다. 분사균일성은 설계원형과 유사한 수준이며 분사면의 최고온도는 $27\%$ 감소하였다. 또한 매니폴드의 형상 변화에 의한 추가적인 압력강하는 거의 없을 것으로 예측되었다.

본 연구는 CRW형식 무인항공기 추진시스템의 밸브 작동을 고려한 비행모드에 따른 천이성능특성을 파악하기 위해 SIMULINK를 이용하여 모델링 하였다. 주 엔진시스템의 천이모사에는 ICV 방법이 적용되였다. 그리고 밸브 시스템은 로터리 덕트와 메인 덕트로 빠져나가는 유량을 제어하는 시스템으로서 밸브를 통해 로터리 덕트로 빠져나가는 유량과 메인 덕트를 빠져나가는 유량이 합은 터빈의 출구 유량과 같다는 가정하에 수행 되었으며, 이때 밸브각 변화에 따른 손실, 유량 및 유효 면적 등이 고려되었다. 성능해석은 비행 천이 영역인 고도 1Km 비행 마하수 0.1에서 엔진최대회전수시 회전익 모드에서 고정익 모드로 변환시외 고정익 모드에서 회전익 모드로 변환 경우들이 수행되였다.

리쿠퍼레이터 사이클을 적용하는 경우 단순사이클에 비하여 이론적으로 상당한 효율 증가를 가져올 수 있는 것으로 알려져 있으나 기기 내부의 압력손실, 열응력, 지나친 무게 증가 불리한 요소도 많이 있다. 그러므로 리쿠퍼레이터를 발전용 가스터빈에 적용하고자 하는 경우 리쿠퍼레이터가 가지는 여러 장단점을 고려하여 전체 수명 기간 중 경제적 타당성 측면에서 신중히 검토되어 져야 할 것으로 판단된다. 아직까지 산업 분야에서는 $20\sim300kW$급까지의 마이크로 터빈에서만 리쿠퍼레이터가 적용되고 있으며 그 이상 급의 가스터빈의 경우 지난 $40\sim60년대$ 해군에 잠시 시도된 외에 발전용으로는 거의 적용된 바가 없다. 본 논문에서는 이러한 발전용 리쿠퍼레이터 사이클의 적용성을 압력 손실, 부분부하 제어 등의 측면에서 검토하였다.

본 논문에서는 현재 개발 중인 스마트 무인기 연료 시스템의 기본설계 결과를 제시하고 이에 대한 신뢰도 분석을 수행하였다. 시스템 요구를 바탕으로 연료 시스템을 구성한 후, 이에 필요한 부스트 펌프, 제트펌프, 도관, 벤트 시스템 등 각 구성품에 대한 설계를 수행하였고 연료 시스템의 중량 예측을 수행하였다. 이를 바탕으로 연료 시스템의 신뢰도를 분석하였다.

가스터빈엔진에서 압축기가 사용하는 에너지는 터빈에서 생성하는 에너지의 $30-50\%$까지도 이르기 때문에 압축기의 일을 줄이는 연구는 가스터빈의 효율을 증가시키는 문제와 연관된 중요한 연구주제이다. 압축기의 일을 줄이는 한 가지 방법으로 압축기의 입구에 물입자를 분사하는 방법이 제안되었는데, 이 방법은 물입자가 증발하면서 압축기 출구의 온도를 낮추어서 결과적으로 압축과정에 소요되는 에너지를 줄일 수 있는 방법이다. 이전까지의 연구는 열역학적 해석에 집중하여 온도 및 일의 감소를 해석하거나, 실험에 근거하여 가스터빈의 성능변화에 집중되었다. 본 논문에서는 물분사의 영향을 마이크로터빈용 원심압축기에 적용하여 열역학적 해석 뿐 아니라 공력학적 해석을 수행하였다. 물을 분사할 경우 공기압축과정보다 임펠러 출구 유동각이 줄어들었으며, 증발율이 높을수록 유동각 감소가 증가하였고, 압력비가 낮을수록 유동각 감소가 증가하였다.

액체로켓엔진용 터보펌프에서 연료펌프에 대한 수력시험을 수행하였다. 작동유체는 상온의 물이며 펌프는 모터로 구동되고 상온의 물을 작동유체로 이용하였다. 인듀서가 펌프의 양정 및 효율에 미치는 영향은 작지만 펌프의 캐비테이션 성능에는 지대한 영향을 미치는 것을 실험으로 확인하였다. 또한 인듀서 단독의 성능을 살펴보기 위한 시험을 수행하였는데, 캐비테이션 시험 중 인듀서에서 $55\%$ 양정저하가 발생할 때 펌프에서 캐비테이션 임계점에 도달하는 것을 알 수 있었다.

본 연구에서는 가스 터빈 엔진의 결함에 의해 나타나는 엔진의 성능 저하를 진단하는 기법을 연구하였다. 대상 엔진을 모델화하기 위해 상용 프로그램 GSP를 이용하여 저하된 성능 진단을 위한 변수들을 추출하였으며 이를 바탕으로 Health Monitoring을 위한 Virtual Sensor Model을 구축하였다. 단일 결함과 복합 결함을 예측하기 위한 방법으로 Multiple Linear Regression기법과 가중치를 이용한 기법을 도입하여 엔진 구성품의 결함 위치 및 결함 정도를 예측하였다.

가스터빈 엔진은 작동시간이 축적됨에 따라 엔진 주요부품의 성능이 점차적으로 저하되며, 내부구성부품 사이에 결함이 발생하기도 한다. 이러한 엔진의 손상여부를 진단하기 위해 가스경로해석(GPA, Gas Path Analysis)이 사용되고 있다. 본 연구에서는 상용 프로그램에 의존하지 않고, 각 성능변수들과 측정 변수들과의 열역학적 민감도를 이용하여 엔진성능진단 코드를 개발하였으며, 스마트무인기용 터보축 엔진에 적용하여 엔진의 단일 성능 저하를 예측하여 보았다.

연소불안정과 밀접한 관련이 있는 열방출의 측정은 연소불안정을 제어하는데 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 희박예혼합연소에서 반응영역의 위치와 전체, 국소 열방출률의 지표로 많이 사용되는 $OH^{\ast}$ 이미지를 ICCD를 이용해 취득하였다. 본 연구의 목적은 당량비가 전체 열방출률과 국소 레일라이 지수 분포에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 국소 레일라이 지수 분포는 선적분된 이미지를 아벨 역변환 시켜서 화염의 중앙 단면 정보를 통해 얻을 수 있었다. 각 당량비 조건에서, 한 주기 동안의 열방출의 평균값은 당량비가 증가함에 따라 지수 함수적으로 증가하였다. 국소 레일라이 지수 분포 결과로부터, 연소불안정을 증폭시키거나 소멸시키는 영역을 분명히 알 수 있었다. 이것은 넓은 당량비 조건에 대한 화염구조와 연소불안정 영역에 대한 통찰력을 제공한다.

Jet A-1과 액체산소를 추진제로 하는 연소압 52.5 bara 추력 30 tonf급 로켓엔진 연소기의 2단 점화시험을 수행하였다. 점화방식으로 TEAL과 액체산소를 사용한 hypergolic 방식을 사용하였다. 산화제 $61\%$, 연료 $67\%$를 공급하여 정상 연소압 대비 $63\%$인 33 abs.bar의 연소압으로 0.25 초 동안 pre-stage 구간을 유지하였다. 2단계의 점화과정을 통해 정상상태에 이르기까지 O/F ratio를 설계조건 보다 낮은 영역에 유지하였다. main-stage로 진입 시 압력피크는 정상 연소압의 $0.6\%$를 보였다.

실용형이라 할 수 있는 30 tonf급의 연소기가 설계/제작되어 연소 시험을 마쳤다. 첫 연소 시험은 연소기의 기능 점검을 위해 저유량 공급을 통한 저압 조건에서 이루어졌다. 설계 연소 조건은 저압 단계를 거쳐 도달하였으며, 모든 압력 및 추력 형성이 정상적으로 이루어졌다. 연소실 및 매니폴드에서 측정된 동압 또한 특별한 주파수 대역을 보이지 않으면서 안정적인 연소 특성을 보였으며 동압 섭동 세기가 허용 수준이내에서 발생하였다. 수회의 연소 시험 결과, 연소기의 물리적 손상은 발생하지 않았으며, 만족할 만한 기능적 특성을 나타내었다.

광학적 접근이 가능한 대기압, 실험용 덤프 연소기에서 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 불안정 연소 동안 주기적으로 변하는 압력 사이클의 위상에 따른 온도를 측정함에 있다. 특히, 연소 불안정에 영향을 미치는 연료/공기의 혼합정도가 온도특성에 미치는 효과를 살펴보기 위해 반 스톡스 라만 분광학을 이용하였다. 본 논문에서는 위상에 따른 평균온도, 표준 오차, 확률 밀도함수 및 1900K 이상의 고온이 발생할 확률에 대한 결과가 제시되어있다. 실험결과에 대해 간략히 살펴보면, 압력위상에 따른 평균온도는 압력위상과 거의 동일 위상을 가짐을 확인할 수 있었고, 평균온도의 최대-최소 차이는 연료/공기 혼합이 양호할수록 작아지는 것을 발견할 수 있었다. 온도 확률밀도 함수는 화염 거동과 질소산화물 배출 특성에 대한 기본 자료를 제시해 주었다. 이러한 결과들은 궁극적으로 연소 불안정 발생 메커니즘과 열-음향학적 상호작용을 이해함에 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대된다 하겠다.

연소불안정에서 흔히 수반되는 충격파와 한계사이클 같은 비선형적 거동을 수치해석을 통해 고찰하였다. 공진관에 가해진 초기 압력교란이 충격파로 천이되는 과정을 해석함으로서 비선형 음향특성에 대한 이해를 돕는 동시에 수치해석기법의 정확성을 검증하였다. ${\eta}-{\tau}$ 연소응답모델을 이용한 SSME의 해석결과는 선형불안정 영역에서 한계사이클의 특성은 연소파라미터와 작동조건에 의존할 뿐 초기 교란의 특성과는 무관함을 밝혔다. 또한 1.5 MW급 가스발생기의 개발 과정에서 겪은 연소불안정 문제에 적용하여 예측된 안정성 경향을 연소시험 결과와 비교함으로서, 향후 수치해석을 통한 연소불안정 예측기법에 대해 가능성을 확인하는 동시에 향후 연구방향을 모색하였다.

고주파 연소불안정 제어를 위하여 사용되는 음향공에 대하여, 3차원 선형 음향해석을 수행하여 음향공의 감쇠 능력을 정량화하고자 하였다. 공진주파수는 상온에서 고전적 이론에 의한 공진주파수와 약 $6\%$, 압력 비에 의한 결과와는 약 $10\%$의 차이를 보임을 확인하였다. 감쇠 능력의 정량화를 위하여 acoustic impedance를 도입하여 흡수계수와 conductance를 도출하였다. 음향공의 개수에 따른 acoustic impedance 특성을 살펴보았고, 기존의 결과와 정량적으로 유사함을 확인하였다. 기하학적으로 동일한 음향공이 여러 개 설치된 연소실에서는 음향장의 특성과는 상관없이 각각의 음향공이 동일한 특성을 보임을 확인하였고, 최적의 음향공의 개수를 판정하는 것은 하나의 음향공의 acoustic impedance를 제대로 정량화하여 가능하다. 이로써 acoustic impedance를 도입하여 음향공의 최적 동조를 위한 설계 절차를 확립하였다.

본 논문에서는 연소실 압력 53bara, 추진제 유량 90kg/s, 연소효율 $94\%$, 지상 비추력 253sec을 갖는 액체로켓엔진 실물형 연소기의 설계 전반에 대해 기술하였다. 연소기의 성능에 미치는 연소가스의 물성치, 특성속도, 추력계수 그리고 비추력에 대해 알아보았고, 연소기의 기하학적인 형상에 대해서도 기술하였다. 연소기는 분사기를 장착한 연소기 헤드, 재생냉각 채널을 가지고 있는 연소실로 구성되어 있다. 지상연소시험을 위해 제작한 내열재 삭마 방식의 연소실, SUS 배플을 장착하고 실린더부와 노즐부가 분리된 연소기, 배플 분사기를 장착하고 제생냉각부가 일체형인 연소기에 대해 기술하였다.

본 논문은 30ton급 액체로켓엔진 연소기의 연소시험 검증용 제작에 관한 것이다. 기본설계와 상세설계를 통해 도면을 작성하고, 이에 따라 제작하였다. 연소기는 크게 헤드부와 챔버부로 구성되며, 챔버는 KSR-III에 적용되었던 내열재 챔버와 재생 냉각 방식의 챔버를 제작하였다. 연소기 헤드는 저온 특성이 좋은 SUS316L 재료를 사용하였다. 내열재 챔버는 내부는 silica/phenolic 재료를 사용하였고, 외부케이스는 SUS316L을 적용하였고, 재생 냉각 챔버는 C18200과 SUS316L 재료를 사용하였다. 선반 가공, 일반 밀링 가공, MCT 가공등의 기계적 가공을 한 후 전해 연마를 통해 이물질을 제거 하였다. 분사기와 분사기 플레이트의 접합과 재생 냉각 챔버 등 일부 부품의 접합은 구조적인 특성으로 인해 브레이징 기법을 적용하였다.

고고도 조건에서 슬링거 연소기의 점화특성을 파악하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 점화실험은 실형 연소기 리그와 고고도 조건을 모사할 수 있는 엔진고공환경 시험설비(KARI-AETF)를 이용하여 수행되었으며, 회전식 연료노즐을 가진 슬링거 연소기의 특성을 고려하여 고도 변화와 함께 연료노즐의 회전수를 변화시켜가며 점화한계를 측정하였다. 결과를 통하여 점화에 영향을 미치는 인자 중 연소기 압력과 공기온도, 연료온도의 영향을 살펴보았는데, 고도가 높아질수록 즉, 압력과 온도가 낮아질수록 점화한계가 축소되는 경향을 확인하였고, 특히 연료노즐 회전속도가 고고도 점화성능을 향상시킬 수 있는 인자임을 재확인 할 수 있었다. 또한, 고고도 점화에서는 점화를 위한 최소 회전수가 해면고도에 비해 $66\%$ 이상 증가되어야 함을 확인하였다.

The facility improvement for hot firing test of combustion chamber having thrust of 30-tonf class and chamber pressure of 60bara were performed at ReTF in KARI. The KSR-III main engine having combustion pressure of 13bara and thrust of 12.5tonf had been successfully tested in this facility. To increase the capability of the facility, the feeding and the trust measurement system have been modified. The modification of the feeding system plays also a role of ensuring the stability of propellant supply and two step ignition sequence of combustion chamber. The one-axis thrust measurement system of up to 60tons has been newly manufactured and installed in test stand and the water/kerosene supply lines with high pressure vessel of $4m^3$ and gas nitrogen vessel of $10m^3$ have been designed for regenerative cooling system. The results of cold flow test show that this facility has been successfully improved to satisfy the requirement for hot firing test of high performance combustor.

한국항공우주연구원에서는 55kW급 마이크로 터빈용 엔진에 사용되는 저공해 예혼합 연소기를 개발하였다. 연소기는 역류-캔 형 연소기로써 항공우주연구원에서 설계, 해석 제작 및 시험을 수행하였으며 최종 시험결과, 연소효율 $99.5\%$, NOx 10ppm 미만, Pattern Factor $30\%$이하. 압력 손실 $4\%$이하의 성능을 확인하였다.

본 논문에서는 기체/액체 스월 동축형 인젝터에서 발생하는 self-pulsation 현상을 분사 조건을 변화 시켜주며 분무 특성 및 음향학적 특성을 살펴보았다. 액체 및 기체 압력의 변화시키며 분사 조건을 결정하였고, 인젝터의 기하학적 변수로 리세스와 갭 크기를 선정하여 이에 따른 self-pulsation 특성을 조사하였다.

고속의 자유 제트 및 표면 충돌시 나타나는 벽제트 내에서의 총온도 분포가 측정되어졌다. 자유제트에서는 노즐 출구로부터 측정거리를 달리하며(Z/D=1,2,4,6) 외기를 포함하여 총온도 분포가 측정되었으며, 제트와 외기간 전단층에서의 에너지 분리현상을 확인하였다. 벽제트 영역에서는 충돌거리가 짧은 경우에 대하여 반경위치를 달리하며(R/D=1.25, 1.5, 1.75, 2.0) 총온도 분포를 측정하여 벽제트 경계 및 벽근방에서의 에너지 분리현상을 확인하였으며, 단열벽면온도 분포와 이를 비교$\cdot$검토하여 설명하였다.

A numerical analysis is performed using two dimensional axisymmetric RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) equations system on the transition sequence of the Integrated Rocket Ramjet and the unsteady reacting flow-field in a ramjet combustor during unstable combustion. The mode transition of an axisymmetric ramjet is numerically simulated starting from the initial condition of the boost end phase of the entire ramjet. The unsteady reacting flow-field within combustor is computed for varying injection area. In calculation results of the transition, the terminal normal shock is occurred at the downstream of diffuser throat section and no notable combustor pressure oscillation is observed after certain time of the inlet port cover open. For the case of a small injection area at the same equivalence ratio, periodic pressure oscillation in the combustor leads to the terminal shock expulsion from the inlet and hence the buzz instability occurred.

전산 해석과 병렬처리를 이용하여 정사각 관 내부를 전파하는 데토네이션파의 삼차원 구조를 살펴보았다. 가변 비열비 공식과 간략화 된 일단계 Arrhenius 반응 모델과 연계된 비점성 유체 방정식을 MUSCL 기반 TVD 해법과 4단계 Runge-Kutta 적분 방법을 이용하여 해석하였다. 삼차원에서의 비정상 해석 결과로부터 그을음 막 기록(smoked-foil record)에서 같은 길이와 다른 폭을 가지는 수평 및 대각 방향 불안정에 의한 상세한 파면 구조를 파악할 수 있었다.

본 연구에서는 초음속 충동형 터빈의 유동특성을 알아보기 위해 소형 초음속 풍동을 설계하였으며 Single pass Schlieren system을 이용하여 유동을 가시화하였다. 실험은 2차원 초음속 노즐과 익렬을 조합하여 블레이드 앞전 형상과 노즐-익렬 간극에 따라 실시하였다. 실험을 통해 충격파를 포함한 복잡한 유동 형태와 노즐-익렬, 충격파-경계층 상호작용 등을 관찰할 수 있었다.

지난 40여 년에 걸쳐 극초음속 비행시연 기술을 포함한 스크램제트 기술은 현저한 진보를 보였다. 특히 1990년대 이후 스크램제트 개발에 있어서 국제적인 활동이 눈에 띄게 증가한 점은 주목할 만하다. 선진국에서는 새로운 세대의 산업 및 군사적 능력을 위해서 현재 진행되고 있는 많은 연구 프로그램들을 통해 강력한 스크램제트 개발 능력이 구축되고 있다. 본 논문에서는 선진 각국의 스크램제트 개발 프로그램들을 살펴봄으로써 스크램제트 기술 현황을 제시하고자 한다.

스크램제트 엔진은 대기중의 공기를 흡입하여 연소실에서 초음속으로 연소하는 방식으로 짧은 시간 동안 연료와 공기가 혼합하고 연소되어야하는 특징이 있다. 연료와 공기 혼합을 증대하는 방법은 여러 가지가 제시되었다. 이중 자유류 마하수 2.5의 단일분사 방법에서의 cavity를 이용한 혼합증대 특성을 알아보기 위해 수치해석을 수행하였다. 수치해석은 상용코드인 CFD-Fastran의 3차원 Navier-Stokes 방정식과 Menter SST(Shear Stress Transport) 난류모델을 적용하였다. cavity 뒤쪽 0.5 cm 떨어진 곳에 지름 0.1cm의 Jet 분사구를 통해 수직분사를 시켜 cavity의 유무에 따른 혼합특성을 살펴보았고, cavity에 대한 영향을 알아보기 위해 $3\times2\times1\;cm$ 크기의 cavity를 사용했다. 계산된 결과는 동일조건의 실험으로 검증하였고 이를 통해 cavity에 의한 혼합증대 특성을 확인할 수 있었다.

공동이 있거나 없는 일정 단면적 및 확장형 스크램제트 연소기 내에 수소 연료가 $0.5\sim1.5\;MPa$ 로 수직 분사되는 것을 고려하여 연소 및 동결 유동에 대한 일련의 수치해석을 수행 하였다. 내재된 물리 과정을 규명하기에 충분한 정확도로 진동하는 유동 및 화염의 동적 특성을 포착하였으며, 이로부터 연소기의 형상과, 공동 및 발열량의 영향을 이해할 수 있었다.

효과적인 초음속 연소를 수행하기 위해 연료와 공기의 빠른 혼합을 이룰 수 있는 연료 분사 기술이 요구된다. 본 수치적 연구의 목적은 초음속 유동장내에서 공동 주위 연료분사 위치에 따른 연료/공기 혼합 및 연소 현상을 살펴보고자 한다. 연료 분사 위치는 연소기내에서 영향을 미치는 공동의 길이-깊이비를 변화시킨다. 따라서 같은 형상의 공동이라 하더라도 공동 주위 유동 특성이 달라지므로 연소기 내부의 연료/공기 혼합과 연소 현상에 영향을 끼치게 된다.

산소 및 공기와 반응시 크랙된 JP-7 연료의 점화 특성에 관한 연구를 넓은 범위의 압력(1-20atm)과 온도(1200-2000K), 당량비(0.5-1.5)에 대해서 수행하였다. Chemkin-II Package와 최소 자승법을 이용하여 $\tau=Aexp(E/RT)[F]^{a}[O_2]^{b}$형태로 점화 지연시간을 계산하고 각 변수 사이의 상호관계를 검증하였다. 크랙된 JP-7 연료에서 $C_3$ 탄화수소 계열 성분의 영향을 두 가지 다른 크랙된 JP-7연료의 조성에 대하여 점화지연 시간을 비교하였으며, 액체 JP-7 연료의 점화 지연 시간과도 비교하여 보았다.

최근 우주 개발 기술은 "더 빠르고, 저렴하고, 효율적인"으로 표현할 수 있다. 이런 장치들 사이에서 마이크로 추진 장치는 필수적인 요소이다. 또한 마이크로 노즐은 마이크로 추진 장치에서 가장 중요한 부분이다. 냉가스 추력기의 경우, 마이크로 노즐은 팽창비의 변화를 통해 압축 가스내의 저장된 에너지를 운동에너지로 변환시킨다. 본 논문에서는 노즐 팽창비와 비열비에 따른 마이크로 노즐의 특성을 실험하였다. 추력은 추력 측정 장치에 부착한 스트레인게이지를 사용하여 측정하였다. 또한 실험을 통해 마이크로 노즐의 성능을 평가해보았다.

The objective of the present study is to develop a new type of the Ballistic range, called 'two-stage light gas gun'. A computational work has been performed to investigate the aerodynamics of a projectile which is launched from the two-stage light gas gun. A moving coordinate method for a multi-domain technique is employed to simulate unsteady projectile flows with a moving boundary. The effect of a virtual mass is added to the axisymmetric unsteady Euler equation systems. The computed results reasonably capture the major flow characteristics which are generated in launching the projectile supersonically, such as the interaction between the shock wave and the blast wave, the interaction between the vortical flow and the barrel shock, and the steady under-expanded jet. The present computational results properly predict the velocity, acceleration, and drag histories of the projectile.

초음속 순항 추진기관인 램제트 추진기관은 $1.5\sim3$ 정도의 비행마하수를 가지는 비행체에 적용되어져 왔고, 마하수 4 이상의 고성능 램제트 추진기관에 대한 연구도 다수 이루어져 왔다. 현재는 극초음속 비행을 위한 램제트-스크램제트 엔진의 작동모드를 가지는 듀얼모드 스크램제트 엔진개발 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 고성능 램제트와 듀얼모드 스크램제트 엔진에 필요한 마하 4에서의 공기흡입구 유동에 대한 연구로서 배압, 받음각, 요각의 변화에 따른 초음속 흡입구에서의 유동 특성을 Schlieren 가시화, Oil 가시화, 압력 측정 등을 통해 파악하였다.

본 연구에서는 초음속 자유유동과 제트 플룸 간의 간섭에 관련된 유동현상들을 수치해석적 방법을 이용하여 고찰하였다. 수치계산은 유한체적법으로 이산화한 압축성 mass-averaged Navier-Stokes 방정식에 표준 $k-{\omega}$ 난류모델을 적용하여 수행하였으며, 계산에 사용된 모델은 음속노즐을 가지는 동체후미부 만으로 단순화하였다. 수치계산결과는 플룸압력비, 기류마하수 및 베이스 직경이 플룸의 부족팽창에 의해서 동체후미부 상에 발생하는 plume-induced shock wave의 위치에 주는 영향에 대하여 주로 기술하였다.

혼합챔버 내에서 패브리-초킹(Fabri-chocking)이 발생한다는 가정을 이용하여 이차목을 갖는 환형분사 초음속 이젝터의 이론 해석을 수행하였다. 부유동 압력을 예측하기 위해 혼합챔버 입구에서 패브리-초킹면 사이를 비혼합이론(non-mixing theory)을 이용하여 계산하였다. 혼합챔버의 수축각에 의해 발생하는 깔때기 모양의 경사충격파를 이차원 경사충격파로 모사하였고, 패브리-초킹면의 주유동에만 영향을 미친다고 가정하였다. 그 결과 혼합챔버의 수축각이 4도보다 작은 조건에서 실험값을 잘 예측하는 것을 확인하였다.

본 논문에서는 Pressure Sensitive Paint(이하 PSP)를 이용한 M=2.5 초음속 풍동의 노즐 벽면 압력 측정 과정을 보여주고, NASA Lewis Research Center에서 유사한 조건에서 수행한 실험결과와 비교하였다.

본 연구에서는, 먼저 $Fine^{TM}/Turbo$의 신뢰성을 확보하기 위해 초음속 터빈의 실험 결과와 비교 해석하였다. 그 결과 $Fine^{TM}/Turbo$는 초음속 유동 현상을 비교적 정확하게 해석함을 알 수 있었다. 다음으로 Grid Independency Test를 통하여 3차원 터빈의 적합한 격자계를 선정하여. 3차원 초음속 터빈의 노즐-로터 상호작용에 관해 유동해석을 실시하였다. 터빈의 노즐-로터간의 축방향 간격은 점점 커질수록 높은 추력을 나타냈으며, 로터 블레이드의 Chamfering Angle 또한 Blade-Edge가 날카로워 질수록 추력이 증가하였다.

본 연구에서는 노즐 마개에 의해 출구가 막힌 노즐 내부의 압력 발달을 관찰하기 위하여 밸브 작동을 고려한 수치해석을 수행하였다. 밸브가 작동함에 따라 시간에 대하여 압력값을 실험결과와 비교하였다. 수치해석에는 상용코드가 사용되었으며, 밸브 작동을 고려한 경계조건을 이용한 해석 결과는 실험결과와 비교적 잘 일치하는 경향을 보여준다.

본 논문에서는 인공위성 소형추력기의 핵심 부품인 유량제어용 밸브내의 유동현상을 해석하였다. 이를 바탕으로 밸브 내에서 직접적인 유량 제어를 담당하는 Plunger에 작용하는 힘을 계산하였고, Plunger의 개폐에 소요되는 힘을 최소화 시키는 밸브의 설계시에 필요한 기초 자료를 제공하였다.

데토네이션 파의 셀 구조를 모사하기 위한 격자 해상도 요구 조건을 파악하기 위하여 여러 영역의 데토네이션 현상에 대하여 반응 속도 상수와 격자 해상도를 바꾸어가며 일련의 해석을 수행 하였다. 서로 다른 영역의 데토네이션 현상에 대하여 정상 상태 ZND 구조와 계산 결과를 비교하여 살펴봄으로써, 최소 격자 크기와 계산 영역의 크기에 대한 결론을 도출하였다.