본 논문에서는 화약작동식 밸브 개발에 관해 전반적으로 설명하였다. 화약작동식 밸브는 추진기관의 연료와 공기를 조절하는 파이로장치이므로 신뢰도를 확보하는게 무엇보다도 중요하다. 그러므로, 해석과 성능시험을 통해 작동 신뢰도를 증가시키는데 역점을 두었다.

본 연구에서는 선행연구에 의해 설계되어진 20인승급 소형 위그선의 주날개 구조를 엔진 및 프로펠러에 의해 유발되는 진동을 가진력으로 하여 강제진동 해석을 수행하였다. 대상 위그선은 왕복엔 진을 날개에 장착하여 프로펠러에 의한 추력으로 비행하며， 미는 형식(Pusher Type)의 엔진 배열을 취하고 있다. 유한요소해석을 위해서 구조해석 상용프로그랩인 MSC/NASTRAN을 사용하였으며， 엔진의 주요 진동 특성인 X-mode 와 Y-mode 그리고 Z-mode를 특정 가진 주파수로 하여 주파수 응답 해석을 수행하였고, 엔진의 추력방향 진동 모드인 X-mode를 프로펠러의 회전에 의해 진동을 수반하는 가진 추력으로 가정하여 과도응답 해석을 수행한 후 날개의 진동 특성을 살펴보았다.

본 연구에서는 무인기용 추진 시스템으로 연료전지를 사용하였다. 연료전지 추진 시스템은 고항속 무인기를 위한 고에너지 밀도를 갖는 이상적인 대체 동력원이다. 연료전지 동력 시스템은 기폰 배터리의 5배 이상의 에너지 밀도를 제공한다. 액체상태로 저장되는 수소화붕소나트륨을 수소원으로 사용하였다. 수소 생성 시스템은 촉매 반응기, 펌프, 연료, 카트리지, 분리기로 구성된다. 연료전지와 리륨-폴리머 배터리의 하이브리드 동력 관리 시스템이 개발되었다. 모터, 펌프, 팬은 연료전지 시스댐의 피트백 신호에 따라 배터리 동력으로 작동되고 배터리는 연료전지의 잉여 동력으로 재충전되었다.

연소실내 형성되는 접선방향 음향 모드의 감쇠를 위해 장착되는 공명기의 반경 방향 위치 효과에 대해 실험적으로 연구하였다. 반파장 공명기를 채택하였고, 상온에서 선형 음향 실험을 수행하였다. 감쇠 대상 음향 모드에 대해 공명기가 최적의 길이를 갖는 경우에는, 반경 방향 위치의 증가에 따라 음향 감쇠 효과가 증가하였다. 또한, 반경방향으로의 감쇠 인자의 변화 추이는 감쇠시키고자 하는 음향 모드의 진폭 변화 추이와 유사하였다. 장착 위치가 장착변의 중심에 접근할수록 음향 감쇠 효과가 감소할 뿐만 아니라 분사기 길이와의 상관성도 감소하였다. 공명기가 비최적 길이를 갖는 경우에는, 반경 방향 위치 효과가 거의 나타나지 않아 위치와 무관한 감쇠 인자값을 관찰할 수 있었다.

본 연구에서는 고공 환경을 모사하기 위해 선행되어야 할 저온 환경 구축에 대한 기초 실험을 수행하였다. 열교환기를 이용하여 공기를 극저온으로 냉각 시키고, 상온의 공기를 혼합하여 온도 특성을 고찰하였다. 오리피스를 사용하여 각각의 유량을 제어할 수 있는 시스템을 구축하였으며, 열교환을 위하여 액체질소를 사용하였다. 열교환기를 통하여 냉각된 공기의 온도를 일정하게 유지시키면서 상온의 공기를 혼합시킨 결과 상온의 공기 유량이 증가함에 따라 혼합 공기의 온도도 거의 선형적으로 증가함을 확인하였다. 이에 따라 저온 환경 구축에 필요한 다양한 유량의 저온 공기를 생성할 수 있는 가능성을 확보하였다.

In recent years, scientific community has found renewed interest in hypersonic flight research. These hypersonic vehicles undergo severe aero-thermal environments during their flight regimes. One of the most important topics of research in hypersonic aerodynamics is to find a reasonable way of calculating either the surface temperature or the heat flux to surface when its temperature is held fixed. This requires modeling of physical and chemical processes. Hyperbolic system of equations with stiff relaxation method are being identified in recent literature as a novel method of predicting long time behavior of systems such as gas at high temperatures. In present work, Energy Relaxation Method (ERM) has been considered to simulate the real gas flow over a 2-D cylinder. Present heat flux results over the cylinder compared well with the experiment. Thus, real gas effects in hypersonic flows can be modeled through energy relaxation method.

본 연구는 고온의 연소 가스를 이용하여 고공 환경 모사용 초음속 디퓨저의 성능을 파악하는 것이다. 실험 장치는 크게 액체로켓 연소실, 진공 챔버, 냉각수 링 및 디퓨저로 구성되어 있다. 먼저 연소실험 전에 고압의 질소가스(30barg)와 진공 펌프를 이용하여 액체로켓 엔진과 디퓨저의 기밀시험을 수행 하였다. 제작된 디퓨저를 포함한 시험 리그의 기밀테스트 결과， 고압 조건 및 진공압 조건에서 모두 누설이 없이 양호하였다.

액체로켓엔진(Liquid Rocket Engine) 의 천이성능 예측을 위해 선행연구 되었던 LRE 시스템 모듈화 프로그램의 결과를 살펴보고, 일본의 로켓엔진 동적 해석 프로그램(Rocket Engine Dynamic Simulator)의 엔진 시스템 동적 해석 방법과 모델링에 대해 고찰하였다. LRE 시스템 모듈화 프로그램에서는 각 구성품에 대한 설계 인자를 수학적으로 모델링하였고 구성품 간의 유량과 압력을 매칭시켜 통합하여, 로켓엔진 시스템의 요구조건을 만족하는 각 구성품에 대한 주요 설계 파라미터를 도출하는 과정에 관하여 논의하였다. 로켓엔진 시스템을 유한한 배관요소들의 연결로 모델링하고, 시간의 함수로 표현되는 보존방정식을 적용하여 터보펌프, 밸브, 오리피스，추력실 등 유체기기의 작동 특성을 모사하는 동특성 설계 과정에 관하여 고찰한다.

극초음속으로 비행하는 추진기관이 직면하는 고속 유동 등 제반 현상을 모사하기 위한 지상시험 설비로 충격파 풍동을 설계, 구축한 후 성능 시험을 수행하였다. 개발된 준 일차원 작동 해석를 이용하여 설계점을 파악한 후, 가압식 극고속 시험 구축을 위한 개념 설계를 완료하였다. 이어 단위 해석코드를 이용하여 구체적인 성능 설계 및 각 구성품에 대한 설계를 완료, 구축한 후, 다양한 운용조건에서 성능시험을 수행하였다.

마이크로 인공위성에 적용 가능한 마이크로 추력기를 개발하기 위해서는 고고도 환경을 모사할 수 있는 진공설비가 요구된다. 본 논문에서는 $10^{-5}$ torr의 진공도를 유지할 수 있는 진공설비를 구축하였고, 이 장비는 100${/sim}$120 km의 고도를 모사할 것으로 기대된다. 장치 선정 및 실제 장치 구축 후 진공도 성능 실험을 수행하였고 저진공 펌프를 작동시켜 마이크로 노즐의 성능 실험을 수행, 결과를 비교 분석하였다.

오일러나 Navier-Stokes방정식을 통한 터빈 캐스케이드 유동 해석은 비교적 정확한 해를 구할 수 있으나 많은 계산 시간을 필요로 한다. 비점성, 비압축성 유동에 적용이 가능한 패널법은 빠르고 합리적인 유동 정보를 얻을수 있지만 고속 유동의 경우 압축성 보정이 반드시 이뤄져야한다. 본 논문에서는 압축성이 보정된 패널법을 이용하여 터빈 블레이드 표면의 속도 분포를 계산하였다. 그 결과, 압축성이 보정된 패널법의 결과는 실험이나 유한 체적법에 의해 계산된 결과와 잘 일치하였다.

초음파를 이용한 추진기관의 접착 계면 검사는 결함 검출 능력과 경제성이 우수하다고 알려져 있다. 하지만, 추진기관의 접착 구조는 다중 계면이므로 송신 펄스와 수신 펄스의 시간 간격이 짧아서 반사 신호의 분리가 어렵기 때문에 초음파의 신호 분석에는 많은 시간과 노력이 소요된다. 이런 이유로 추진기관의 초음파시험은 연소관과 내열재 사이의 미접착 결함과 같이 극히 제한된 영역에 대해서만 자동화 시스템으로 수행하고 있다. 본 논문에서는 기존의 초음파시험으로 검출이 불가능했던 라이너와 추진제 미접착 결함을 초음파의 공진 현상과 램파 특성을 이용하여 검출하는 새로운 기법에 대해 기술하였다.

The high pressure turbopump carries out supplying the oxidizer in the liquid propulsion rocket in the combustion chamber. Because an LRE requires a very short starting time , the turbine at the turbopump experiences high torque that was produced by the high pressure and the high temperature. The purpose of this study is to evaluate a turbine blade surface temperature profiles at initial starting 0 ${\sim}$ 0.5 sec. Using $Fine^{Tm}$/turbo, three dimensional Baldwin-Lomax turbulence models are used for numerically analysis. The turbine is composed of 108 blades total, but only 7 rotors were considered because of periodic symmetry effect. Because of interaction with a bow shock on the suction surface, the boundary layer separates from suction surface at inner area of turbine blade. The averaged temperature of the turbine blade tip at 1000 rpm is higher than that of 9000 rpm. Especially at 1000 ${\sim}$ 9000 rpm, temperatures increases on the hub side of the turbine blade tip. Moreover at 9000 rpm, the temperatures from the hub to the shroud of the blade tip increase as well.

A computational study has been performed using a chimera scheme to study the various operating processes inside a ballistic range. The compression flow fields in the pump tube and projectile motion in the launch tube are captured for various piston masses and diaphragm rupture pressures. The effect of a shock tube in between the pump tube and launch tube is analyzed. The results are compared with available experimental data. It is noted that, by adding a shock tube in between the pump tube and launch tube, the peak pressure in the ballistic range can be reduced without appreciable reduction in the velocity of the projectile.

레이저를 steel 표면에 조사하면, steel은 레이저의 복사 에너지를 홉수하여 급격히 가열되어 온도가 증가한다. 이때 steel에서는 phase explosion이 발생하고 shock wave와 플라즈마가 생성된다. 본 연구에서는 이 steel의 후면에 고폭화약을 접해 놓고 레이저 가열에 의한 화약의 점화 현상을 살펴보았다. 이를 위해 heat diffusion equation과 chemical heat release를 사용하였고, 고에너지 물질의 열분해 반응을 위해 3 step global kinetics를 사용하였다. 또한, 계산된 결과는 실험 결과와의 비교를 통해 검증 되었다.

마이크로 노즐의 유동특성에 대한 선행연구로부터 우리는 마이크로 노즐에서 점성과 배압에 의해 유동손실이 발생함을 확인하였다. 이러한 유동손실을 극복하기 위해 열적발산원리를 이용한 새로운 개념의 마이크로 추진장치에 대한 연구를 진행하였으며，이는 움직이는 부품이 없이 오직 온도구배만으로 추진제를 낮은 온도에서 높은 온도로 펌핑이 가능하다. 대부분의 열적발산원리에 대한 연구는 많은 발전을 거듭해 왔으며, 주로 대기압 환경에서 에어로젤과 같은 나노 다공물질을 이용하여 소형 진공설비나 가스 크로마토그래피에 적용 목적으로 연구되었다. 하지만 본 연구에서는 폴리이미드 재질을 이용하여 진공환경에서 열적발산원리를 이용한 추진장치의 기초연구를 진행하였다.

횡단류 아음속 유동장에서 연료의 가진 수직 분사 시 나타나는 액적영역의 분무특성에 대하여 고속 카메라 촬영기법을 통하여 분석하였다. 본 연구의 목적은 정상 분무와 가진 분무의 분열길이 및 궤적을 관찰하고 가진 분무의 주파수 크기가 커지는 영향이 분무특성에 미치는 영향을 확인하는 것이다. 실험을 통하여 정상 분무와 가진 분무의 궤적과 분열길이가 차이를 연구하였다.

본 연구는 원형 용기에서 배수시 배수구멍의 위치가 중심선에서 벗어난 정도에 따른 배수율과 유동장의 변화를 이해하기 위하여 배수위치의 변화에 따른 배수흐름의 특성을 연구하였다. 이 연구의 목적은 서로 다른 위치의 배수구가 와류생성을 억제하는 원리에 대해 이해는 것이다. 원형 용기의 유동장을 가시화하기 위하여 PIV기법을 사용하였다. 그리고 배수가 있을 때와 없을 때에 대해, 각각 수직방향과 수평방향에서 결과를 얻었다.

스크램제트의 연소실 내부로 유입되는 공기의 속도는 초음속으로 체류 시간은 수 ms로 매우 짧다. 이 짧은 시간 안에 연료분사, 공기-연료 혼합, 연소과정이 모두 이루어져야 한다. 공기와 연료의 혼합을 증대하는 방법은 여러 가지가 제시되었다. 이중 자유류 마하수 2.5의 단일 수직 분사 방법에서의 Cavity를 이용한 혼합 특성올 알아보기 위해 수치해석을 수행하였다. 사용된 코드는 동일조건의 실험결과와 비교하여 검증하였고 이를 통해 Cavity의 크기에 의한 혼합증대를 확인할 수 있었다.

Pressure Sensitive Paint(PSP)는 압력에 반응하는 도료를 뜻한다. PSP를 이용하여 압력을 측정 하기 위해서는 paint calibration과 PSP를 도포한 모델의 풍동실험이 필요하다. PSP는 이 두 가지의 결과를 이용한 이미지의 후처리과정을 통하여 압력정보를 포함한 이미지를 얻을 수 있는 신기술이다. 본 연구에서는 PSP에 필요한 장치 및 설비들을 구성하고 PSP를 이용하여 calibration 실험을 실시하였다. 본 연구를 통해 얻어진 calibration chamber의 설계 및 제작 방법으로 진보된 calibration 시스템을 연구할 수 있는 능력을 배양하였다.

로켓 노즐 유동해석에는, 전산 유체 역학 코드와 결합된 동결 유동 해석, 화학 평형 해석, 화학 비평형 해석이 사용되어진다. 고온 로켓 엔진 노즐의 설계에서, 동결 유동 해법과 동일한 수치적 특징을 가지는 화학평형 해석은 노즐의 열역학적 최대 성능을 예측하는 효율적인 설계 도구가 될 수 있다. 본 연구에서는 30톤급 KARI 액체 로켓 엔진 노즐에 대하여 동결유동 해석 및 화학평형 유동 해석을 수행하였다. 유동 해석 결과에 기초한 30톤급 KARI 액체 로켓 엔진 성능 평가는 노즐에서의 열화학적 특성에 대한 이해와 노즐의 성능을 제공할 것이다.

난류 고리가 장착된 가스발생기의 난류 생성을 연구하기 위하여 LES 코드가 개발되어 검증을 하였다. 난류 고리의 형상과 길이를 변경에 따른 난류 발생 정도를 비교하였으며, 혼합 정도를 비교하기 위하여 유동장의 변동 속도를 이용한 두 가지 변동량의 값을 구하였으며, 혼합 정도를 정량화 하였다.

본 연구는 30ton급 액체로켓엔진 지상연소시험용 연소기의 설계 및 제작에 관한 것이다. 본 연소기는 연소압력이 60 bar, 노즐 확대비가 12이며, 헤드부와 연소실부가 용접되는 일체형 재생냉각형 연소기이다. 헤드부는 저온에서 기계적 특성이 좋은 STS316L을 사용하였다. 연소실부는 실린더부, 노즐목부, 1차 노즐부, 2차 노즐부로 구성되어 있다. 연소실부의 내피 재질은 동합금 /STS319J1/STS316L, 외피 재질은 STS329J1을 사용하였다. 선반, 밀링, MCT, 롤링 및 프레싱 등의 기계적 가공을 통하여 단품들을 완성하였다. 이러한 각 단품들을 조립하여 일반 용접 및 전자빔 용접, 브레이징 등을 적용하여 일체형으로 접합하였다.

본 연구에서는 가스발생기의 연소 안정 특성을 파악하기 위해 실험적 방법을 적용하였다. 액체산소와 Jet A-1을 추진제로 사용하며 연료 과농 상태에서 작동하는 실험 가스발생기는 연소실 축 방향 공진 모드에 결합된 1200 Hz 대역의 고주파 연소불안정을 겪었다. 이 연소불안정의 발생 유무는 연소실 출구부의 음향 경계 조건과 화염의 열 발생 축 방향 위치에 매우 민감하게 반응하였다. 결과적으로 단일 분사기 노즐 크기 증가에 의한 화염의 축 방향 길이 증가는 연소안정성을 확연하게 향상시켰다.

추력 30톤급 액체로켓엔진의 실물형 연소기에 케로신을 이용한 재생냉각 방식을 적용하여 연소시험을 수행하였다. 30톤급 실물형 연소기로는 처음으로 연소기 헤드와 연소실이 일체형으로 제작되었으며, 연소성능 및 재생냉각 성능, 그리고 연소기 내구성 확인을 위하여 여러 차례 연소시험이 수행되었다. 본 논문에서는 연소압력 68 bar 혼합비 2.8의 탈설계점 조건과 연소압력 60 bar, 혼합비 2.5의 설계점 조건을 적용한 연소시험의 성능결과에 대하여 기술하였다. 각각의 연소시험 결과 연소성능 및 연소안정성, 그리고 연소기 내구성 측면에서 충분히 성공적인 데이터를 얻었으며, 이로써 30톤급 액체로켓엔진 케로신 재생냉각 연소기 개발의 기술적인 검증을 완료했다는 의미를 부여할 수 있게 되었다.

본 연구에서는 상압환경에 적용되었던 액막 분열 모델을 고압환경에 적용하였다. 실험에서 주위압이 고압으로 진행할수록 액막의 분열길이는 짧아지는데 개발된 액막 분열 모델은 이러한 경향을 잘 예측하는 것으로 나타났으며 분무 형상도 정성적으로 실험결과와 일치하는 것으로 나타났다.

액체추진제 추력기에 사용되는 인젝터 분무액적의 2차원 공간분포 특성을 이중모드 위상도플러속도계(dual-mode phase Doppler anemometry, DPDA) 기법을 적용하여 고찰하였다. 분무액적의 속도, 난류강도, Sauter 평균직경(Sauter mean diameter, SMD), 수밀도, 그리고 체적플럭스 등의 분무분열특성 매개변수 변이를 정량화 하여 인젝터 분무의 거시적 거동을 규명한다. 본 연구는 추력기의 성능특성 이해는 물론 새로운 추력기의 설계기반 구축에 기여할 수 있을 것이다.

추가 30톤급 액체로켓엔진 실물형 연소기에서 수행했던 연소시험의 전반적인 성능결과에 대해 기술하였다. 연소기 연소압력은 약 53${\sim}$60 bar 그리고 추진제 유량은 약 89 kg/s이다. 30톤급 실물형 연소기는 연소기 헤드, SUS 배플, 배플분사기, 내열재 연소실, 냉각채널 연소실 그리고 재생냉각 연소실 등으로 구성하였다. 연소특성속도는 약 1673부터 1730 m/sec이며, 비추력은 약 254에서 263 sec 정도의 값을 얻었다. 일반적으로 분사기의 RN 증가에 따라 연소특성속도는 증가하였다. 또한, 연소기의 비추력은 연소특성속도 증가에 따라 증가함을 보여 주었다.

본 연구에서는 액체로켓엔진의 연소 가스에 액체 질소를 혼합하여 연소 가스의 냉각 특성을 알아보고자 하였다. 이를 위해 기존에 사용되던 액체로켓 연소실 후단에 액체 질소 분사용 분사기를 설계/제작하여 장착하였으며, 두 가스의 혼합 가스의 안정화를 위한 연소실과 노즐을 질소 분사링 뒤에 장착하였다. 액체질소 분사에 의한 상류 점화/연소 상태의 영향을 살펴보기 위한 시험이 먼저 수행되었으며, 이후 10초 연소 실험을 성공적으로 수행하였다. 따라서 기존의 액체로켓엔진에 액체질소를 분사함으로써, 연소 가스의 온도를 저하시킬 수 있음을 확인하였다.

본 연구는 추력기 기초 설계개념 확보를 위한 주요 요소기술로서 촉매대 설계인자 및 하이드라진 분해촉매의 분해거동을 파악하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 저궤도 위성용으로 적용되고 있는 1Lbf급 하이드라진 추력기의 설계 제원을 기초로 하여 가시화 반응기를 설계/제작하였으며, 촉매대의 분해반응 및 거시적 거동을 육안 관찰함으로서 촉매대 설계개념을 파악하고자 하였다.

액체로켓엔진 개발 시험의 중간 단계로서 연소기를 제외한 터보펌프 등의 엔진 주요 구성품을 이용한 터보펌프+가스발생기 연계시험이 수행 중에 있다. 터보펌프+가스발생기 연계시험의 시험기 및 시험설비 구성을 기술하였다. 연계시험 수행을 위한 시험설비 시스템 검증 시험 결과를 제시하였다. 시험설비에 대한 예비시험 결과를 토대로 시험설비 추진제 공급시스템의 검증이 수행되었다.

아음속 유동 내에 수직으로 분사된 액체제트의 액적분열 분포 특성을 알아보기 위해 이유체 노즐을 사용하여 실험적으로 연구하였다. 노즐은 L/d=3의 외부혼합형으로 공기와 액체의 비를 0 ${\sim}$ 59.4%까지 변화시키면서 분사하였다. 분무형상의 변화를 이미지화 하였으며 분무의 궤적과 액주의 형상을 관찰하였다. 액체제트 분열의 단면분포 특성을 PDPA를 사용하여 측정하였며 SMD, 액적속도, 그리고 체적유속을 측정하였다. 그 결과 노즐로 공급되는 공기의 양이 많아질수록 Y/d방향의 관통거리는 증가하였고 액적의 미립화는 가속화되는 것을 관찰할 수 있었다.

액체로켓엔진의 시스템 시험에서는 엔진의 개발 최종 단계로서 각 구성품의 성능과 조합된 상태에서의 시스템 성능을 확인하고 인증한다. 엔진의 성능 분산, 비행시 발생하는 입구 조건 변화에 따른 변동, 인증을 위한 추가 성능을 고려하여 시스템의 시험 영역을 결정하였다. 또한 터보펌프의 양정 곡선에 의해 변화되는 시험영역과 구성품의 작동점의 변화폭을 비교하였다. 그 결과 터보펌프 양정곡선의 기울기가 완만할수록 엔진 보정에서 발생하는 구성품 성능영역 변동이 감소되고 엔진 입구조건이나 내부 구성품 오차에 의한 변동은 증가 한다.

본 연구에서는 액체로켓엔진 내부에 라이너를 설치하고 기체 질소를 이용한 막냉각 방법을 사용하여, 라이너의 막냉각 특성을 살펴보았다. 고온 가스는 액체로켓 연소가스와 액체질소를 혼합하여 사용하였다. 기존의 액체로켓엔진 시험 설비에 추가적으로 라이너 냉각 기체를 공급 설비를 구축하였으며, 라이너 및 냉각 기체 공급부를 제작하였다. 10초 연소 실험을 통해 라이너 내부 고온 가스의 온도와 라이너 외부 벽면 온도를 측정하였으며, 기체 질소에 의한 라이너 냉각 특성을 확인하였다.

본 연구에서는 액체로켓엔진의 제어기구로서 많이 사용되는 유압식 레귤레이터에서의 제어 프로세스와 제어 변수의 조절에 관한 정적 및 동적 특성을 연구하였다. 본 연구의 대상으로는 8K14 "SCUD"의 9D21 엔진에 사용되는 유압식 레귤레이터를 선택하였으며, 본 유압식 레귤레이터의 수학적 모델링을 거쳐, 액체로켓엔진 내부에서의 유압식 레귤레이터의 응답속도와 자동제어시스템의 정밀도 분석을 수행함으로써, 유압식 레귤레이터의 유압조절기구인 니들밸브 유로면적의 설계값을 도출하였다.

액체로켓엔진시스템 개발 시험 중 발생할 수 있는 각종 이상 징후 발생 시 이를 사전에 감시하고, 비상상황 발생 시 시험대상 엔진과 시험설비를 보호하기 위한 엔진 상태진단 및 비상보호시스템에 대해 살펴보았다. 비상보호시스템의 일반적인 구성과 관련된 주요 기술 고려사항을 검토하였다. 또한, 터보펌프, 가스발생기 및 연소기 등의 엔진 주요 구성품의 개발시험에 적용된 상태진단 및 비상보호시스템에 대한 적용 사례에 대해서도 살펴보았다.

과산화수소 추진에 사용되는 은 촉매 베드의 성능 특성을 연구하기 위해 단일 추진제 추력기를 개발하였다. 본 논문에서는 추력기 점화시험을 통해 은을 기본 촉매로 사용한 5가지 촉매 베드의 성능 특성을 분석한 내용을 수록하였으며 고농도 과산화수소에 적용하기 위한 촉매 베드 형상을 제시하였다.

노보르나디엔의 이량화반응에 의해 제조되는 다중고리 탄화수소화합물 제조에 대한 연구결과를 설명하였다. NBD 이량체 중에서 pentacyclic exe-t-exo, hexacyclic exe-eodo, hexacyclic endo-endo 이성질체를 선택적으로 제조하기위하여 이량화 반응을 실시하였다. 각각의 이량화반응 촉매, 반응절차 그리고 분석방법이 개발되었다. 본 실험을 통하여 적당한 반응조건, 비교적 높은 이량체수율을 얻었으며, 이 반응기술은 고에너지밀도 연료 개발에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

액체로켓 연소기 재생냉각 챔버의 제작에 사용되는 구리합금의 성형한계 곡선을 얻기 위하여 돔 장출 시험과 인장시험을 수행하였다. 성형한계 곡선에 대한 실험적인 연구를 위하여 인장시편을 사용하여 인장-압축 변형률 상태의 데이터를 얻었으며, 인장-인장의 변형률 상태를 얻기 위하여 돔 장출 시험용 시편을 사용한 돔 장출 시험 또한 수행하였다. 시험에 사용한 모든 시편은 제작방법에 따라 종 방향과 횡 방향시편으로 구분하였다. 시험 결과 인장-인장 변형률 상태에서 최대 주 변형률과 부 변형률은 62.3%와 58.6%이며 인장-압축 상태에서는 60.5%와 25.8%로 나타났다.

본 연구의 목표는 air core의 길이 조절이 가능한 스월인젝터의 음향학적인 감쇠기능을 통해 고주파 연소불안정을 억제하는 것이다. air core(길이, 형상, 부피)와 인젝터의 위치에 대한 음향학적인 감쇠 효과는 선행 연구를 통해 실험되었다. 이러한 결과들을 바탕으로 다중 인젝터들의 효과에 대한 연구를 진행하였다. 실험 결과로부터 각 모드의 배(anti-node)에 장착된 인젝터들의 수의 증가로 감쇠효과가 증가하는 것을 확인하였다. 또한 각 모드들의 배(anti-node)에 장착되어 동조된 인젝터들이 동시에 개별적인 모드 감쇠 성능을 보일 수 있음을 확인했다.

본 논문은 상용 CAD 프로그램을 이용한 그레인 설계 자동화 프로그램 개발에 관하여 기술하였다. 이 프로그램 통하여 추진기관의 성능산출에 이용되는 연소거리에 따른 연소면적, 체적, 관성모멘트, 무게중심의 변화 및 그레인 형상정보를 쉽게 얻을 수 있었다.

추진제 원료로 알루미늄 분말을 사용하는 고체추진기관은 지상연소시험을 수행하면 slag가 생성되어 연소관 내부에 쌓이게 된다. 연소시간이 긴 대형추진기관은 slag 양이 많아 취약부위에 쌓이게 되면 자칫 추진기관 폭발이 발생할 수도 있다. 이를 개선하고자 본 논문에서는 고체추진기관에서 slag가 축적되기 쉬운 부분에 라이너를 충진하는 공정을 개발하여 소개하려고 한다.

고체추진제를 사용한 초소형 추력기의 내탄도 모델링과 성능예측에 관하여 기술하였으며, 특히 초소형화 되면서 고려해야하는 연소실 내의 열손실을 고려하였다. 추진제는 일반 HTPB-AP계열을 선택하였으며, 계산 모델은 간단한 1차원 축대칭 end-burner 모델로 정하였다. 연소실내의 화염에 노출되는 표면과 체적에 대한 비율을 변화시키면서 연소실 가스 온도, 압력, 추력을 계산하여 본 논문의 경우 열손실효과로 약 3%의 총역적 감소가 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 노즐 외기 압력 변화에 따른 KSLV-I 2단 고체추진기관의 성능 분석을 수행하였다. 2단 고체추진기관은 고도 약 300km 상공에서 연소를 할 예정이다. 모터의 성능 검증을 위해 대기 압력 환경에서 연소시험을 수행하였다. 그리고, 환경 시험 설비를 적용하여 진공환경의 모터 성능 검증을 진행하였다. 지상 및 진공환경에서의 모터 비추력 변화를 통해 노즐 외기 압력이 고체추진기관의 성능에 미치는 영향을 분석하였다.

마이크로 고체 추진제 추력기는 현재의 MEMS 기술로 가장 실현 가능성이 높은 마이크로 추력기이다. 마이크로 고체 추진제 추력기의 기본 요소로는 마이크로 노즐, 마이크로 점화기, 연소 챔버 그리고 고체 추진제이다. 마이크로 노즐과 연소 챔버는 감광유리의 이방성 식각을 통해 제작이 되었다. 마이크로 점화기는 마이크로 유리 박막 백금 히터를 사용하였다. 요소들의 제작 공정을 확립 후, 요소들을 통합하여 추력기를 개발하였다. 추력기의 연소 실험을 수행하여 성공적으로 연소가 일어남을 확인하였다.

고체 추진제 연소 현상을 해석할 때 요구되는 이동 경계면에 대한 수치 기법을 연구하였다. Eulerian 좌표계에서는 Ghost-Cell Extrapolation 기법을 적용하였고, Non-Eulerian 좌표계에서는 Lagrangian 기법을 적용하여 이동 경계면을 해석하였다. 도관 내 일차원 자유 피스톤 운동을 이 수치 기법으로 해석하여 이론 결과 값과 비교 검증하였다.

멀티포트 하이브리드 로켓 고체연료 그레인의 열민감도에 관한 연구를 수행하였다. 고온의 비반응 유동의 포트를 통과하며 연료 그레인으로 열전달 시, 연료 그레인 내부의 온도 분포 변화를 비정상 열해석을 통해 계산하였다. 계산은 총 9개의 포트 반경에서 수행되었으며, 연료 내부 온도가 민감하게 거동하는 임계 포트 반경을 결정하였다. 열에 민감하게 반응하는 임계 포트반경 이후는 고체 폴리머 연료의 구조상의 취약점이 발생할 것으로 판단되므로, 임계 포트반경은 설계 시 중요한 고려대상으로 사용될 것으로 예상된다.

추진시스템의 추력제어 목적으로 50 N급 PE(폴리에틸렌)-기체산소 하이브리드 로켓을 제작하고, 기체산소의 질유량을 변화시켰다. 기초실험 결과, 기체산소 질유량 제어를 통한 하이브리드 로켓의 추력제어 가능성을 확인하였다.

하이브리드 추진에서 연소특성을 나타내는 후퇴율 식을 초기 포트면적으로 나눈 산화제 유속이 고려된 고체연료 유속의 관계식으로 표현하였다. 초기 포트면적을 고려한 산화제 유속을 이용하여 반복 수행 없이 연소율을 쉽게 구할 수 있었고, 고체연료 유속 관계식으로 연료 형상을 간단히 설계할 수 있는 기법에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구의 실험에서는 연료로 PE, 산화제로 GOX를 사용하였으며, 연소시간을 다양하게 하여 포트면적 변화에 따른 유속의 변화를 고려하였다. 하이브리드 추진에서, 산화제 유속의 지수가 0.5에 근접할 경우 후퇴율 관계식 보다는 고체연료 유속 관계식을 사용하는 것이 더 적합함을 확인하였다.

블로우다운 산화제 공급 방식은 부품 수가 적어 신뢰도가 높고, 별도의 가압 탱크가 존재하지 않아 발사체의 총 중량을 감소시킨다는 측면에서 효과적이지만, 일정한 추력 성능을 보장하지 않는 단점을 내재하고 있다. 따라서 본 연구에서는 각 부품의 수학적 모델링을 통해 블로우다운 산화제 공급방식 하이브리드 로켓의 성능 해석 모델을 제안하여, 고유의 성능 특성에 대하여 고찰하였다.

최근에 선진국에서 아주 빠른 시간(마이크로 초)에 작동이 되고, 크기가 소형이면서, 많은 케이블과 커넥터를 사용하지 않는 Smart Bus Controller(SCB) 기법을 이용한 초소형/초고속(스마트) 점화기술에 집중적인 연구를 진행하고 있는 실정이다. 이와 같은 점화기술은 기존의 점화장치에서 사용하던 케이블과 커넥터 공간을 최소화 할 수 있게 MEMS 기법을 이용하여 케이블과 커넥터 장치를 설계 제작하였고, 저 용량/저 전류에서 작동할 수 있는 플라즈마를 이용한 케이블과 커넥터 장치를 설계 제작하였고, 저 용량/저 전류에서 작동할 수 있는 플라즈마를 이용한 초고속 착화장치를 사용하여 전류와 전압(배터리) 크기와 용량도 많이 감소시킬 수 있다. 스마트 파이로테크닉스 점화장치 개발에는 간결한 회로 점화통제장치 설계 및 제작, 빠른 점화작동시간을 가능하게 하는 플라즈마형 초고속 착화장치 설계 및 특성연구가 필요하다. 본 연구에서는 플라즈마형 초고속 착화장치의 특성연구에 대해 기술하였다.

하이브리드 로켓의 원통형 multi-port 그레인에서 그레인 포트 개수 변화에 따른 연소특성을 고찰하였다. 후퇴율의 경우 그레인 포트 개수가 증가할수록 연료 포트 후퇴율과 끝단면 후퇴율 모두 증가하였다. 성능변수의 경우 그레인 포트 개수가 증가할수록 O/F 비는 낮아졌고, 비추력은 높아졌다.

Ballistic Range는 오래전부터 짧은 시간에 극도의 고압상태를 만들어낼 수 있기 때문에 고속 충격역학, 발사체 공기역학, 새로운 재료의 생성과 같은 다양한 공학 분야에서 사용되어왔다. 2단 경 가스총은 가장 넓게 사용되어지고 있다. 현재의 실험적 연구는 발사체 가상실험을 쉽게 수행할 수 있는 새로운 타입의 Ballistic Range를 개발하기위해 진행되어져왔다. 실험은 발사체 속도의 다양한 변수들의 의존성을 찾기 위해 수행되었다. 다양한 발차에 속도를 얻기 위해 고압실압력, 격막파열압력, 발사체와 피스톤 질량에 변화를 주었다. 또한 발사되는 발사체 주변의 유동을 알아보기 위해 유동장을 가시화하였다.

한국항공우주연구원은 호주 University of Queensland(UQ)와 2006년 10월 스크램제트 엔진 성능시험 계약을 체결하고, 2007년 6월 UQ의 T4 Free Piston shock tunnel에서 마하 7.6, 고도 31.2 km 조건에서 스크램제트 엔진의 지상 성능시험을 수행하였다. 본 논문에는 T4 충격파 터널의 구조 및 데이터 취득 기법에 대하여 정리하였다.

고체 램제트 추진기관에서도 일반 로켓 추진기관에서와 같이 Isp 즉 추력을 증대시키기 위하여 고체 입자들을 연로에 함유시킨다. 이러한 고체입자가 포함된 연료들은 매우 짧은 연소실 체류시간 때문에 연소 효율의 증대가 필수적이며 흡입공기 온도가 중요한 역할을 한다. 이 흡입공기 온도가 램제트 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 연소실 흡입공기 온도에 영향을 미치는 인자는 자유 유동장 즉 대기 온도와 비행 마하수이다. 램제트 연소실에서의 유속 또한 중요한 역할을 함으로 유속 전 영역 즉 정체상태부터 음속까지에 대하여 조사하였다.

추진기관 노즐은 고온 고압의 연소가스를 화학에너지에서 운동에너지로 변환시켜 추력을 발생시킨다. 따라서 노즐 내부 벽면은 고온 고압의 연소가스에 노출되며, 특히 노즐 목에서는 최대 열하중을 받는 구간으로서 열구조적으로 안정성을 확보한 냉각 시스템 설계가 이루어져야 한다. 본 추진기관의 노즐은 수냉 방식으로서 열전달 효율을 높이기 위해 냉각 채널 구조로 되어 있다. 본 연구에서는 추진기관 노즐을 위한 냉각 채널 구조의 설계형상에 대해 개념 설계 및 유동 해석을 수행하고 공급압력 및 유량 변화에 따른 입/출구 사이의 압력 강하량을 예측하였다. 또한 압력 손실 및 설계 유량 공급을 위한 압력 조건에 대해서도 평가하였다.

레이저가공에서 나타나는 가공부위의 용융된 물질을 밀어내는 가스의 역할을 모사하기 위하여, 구멍이 있는 평판 상부에 충돌하는 마이크로 초음속 제트유동의 경계층 효과가 수치해석적으로 연구되었다. 충돌유동과 충격파의 구조 및 구멍통과 질량유량이 관찰되어 경계층 영향이 고려되지 않은 과거 연구와 비교되었다. 노즐내부 유동의 경계층 효과로 인하여 가공부위 상부에서 보다 강한 마하디스크가 생성되고, 아울러 구멍통과 질량유량도 줄어드는 것이 관찰되었다.

가상 비행 임무를 충족하기 위한 이중모드 램제트엔진의 성능과 성능영향인자 (카울과 흡입구의 간격, 연소실 길이)에 대한 성능 민감도를 공기 및 열역학적 관점에서 분석하였다. 하나의 엔진으로 초음속에서 극초음속(마하두 2에서 6)까지 비행 가능한 엔진 모델을 설정하고, 램제트모드와 스크램제트모드에서 엔진 각부의 작동상태에 따른 모멘텀 변화를 분석하여 엔진의 성능설계를 수행하였다. 본 연구의 결과를 수치해석 결과와 선행연구(Hyperion RLV) 결과와 비교하여 검증을 수행하였다.

호주국립대학의 T3 자유충격파관을 이용하여, 마하수 3.7의 유입 유동에 대해 비분사유동, 공동이전 경사분사유동, 공동내부 평행분사유동, 공동내부 역분사유동에 대해 주파수를 확인하고, 공동 유동 특성을 살펴보았다. 비분사유동은 고조파 형태의 주파수가 나타나지 않았으나 10 kHz 부근에서 비교적 큰 압력 스펙트럼이 나타났다. 공동 이전 경사분사는 공동의 앞전에서 박리되는 전단층의 두께를 증가시켜 공동 뒷전에서 발생하는 유동의 진동 현상을 현저히 감소시켰다. 공동 내부 평행분사는 공동의 뒷전에 분사 유동이 직접 부딪히게 되고, 공동의 진동 현상을 오히려 증가시켰다.

초음속 충동형 터빈과 같이 종횡비가 작은 경우 로터 익형은 반경방향으로 동일한 단면을 갖는 형태로 구현된다. 이 경우 터빈 로터는 터빈 동익의 프로파일 직경에 따라 설계에서 의도하지 않은 유로면적분포와 터빈 성능의 차이를 보인다. 본 연구에서는 터빈 동익 프로파일을 정의하는 직경이 터빈 성능에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 3개의 다른 위치에서 정의된 터빈 로터에 대한 유동해석을 수행하고 결과를 고찰하였다. 계산 결과 팁에서 단면이 정의된 경우 설계에서 의도한 유로면적 변화를 보이며 다른 프로파일 직경에서 정의된 터빈에 비해 우수한 성능을 보임을 확인하였다.

엇회전식 축류팬의 복잡한 유동특성을 이해하고 설계, 공력 해석 및 소음 특성 예측에 활용될 수 있는 3차원 비정상 유동장을 측정하였다. 엇회전식 축류팬의 3차원 비정상 유동장은 작동 영역인 설계점에서 $45^{\circ}$ 경사 열선을 이용하여 전단 동익의 전방, 전단 동익과 후단 동익 사이 그리고 후단 동익의 후방의 수직 유로 단면에서 측정되었다. 엇회전식 축류팬의 전단 동익과 후단 동익에 의해 발생되는 후류, 팁 와류 및 팁 누설 유동의 비정상 특성을 속도 벡터와 속도 윤곽을 통해 나타내었다.

곤충의 날개짓을 모방한 공력특성 연구가 초소형 비행체의 설계 파라미터를 구하기 위하여 수행되었다. 한 쌍의 날개 모델은 초파리(rosophila) 날개짓을 모방하기 위하여 200배 확대하였으며, 두 쌍의 공간 4절 링크를 적용하였다. Weis-Fogh 메커니즘을 검증하기 위해 한 쌍의 날개모델은 후행회전(Delayed Rotation)의 움직임을 가지도록 설계되었다. 또한 양력 및 항력은 날개 끝 속도 기준 레이놀즈수 약 1200, 최대 받음각 $40^{\circ}$에서 측정되었다. 모델의 관성력은 99.98%의 진공 챔버로 측정되고 공기속에서 측정된 데이터에서 제거되었다. 본 연구에서 Weis-Fogh 메커니즘의 고양력 효과는 날개의 업스트로크 과정에서 나타났다.

MATLAB/$SIMULINK^{TM}$ 환경 기반에서 일반적인 터보 축 엔진의 천이상태 및 시동 특성 해석을 위한 동적 시뮬레이션을 수행하였다. 터보축 엔진 구성품을 열역학 및 로터 동역학적인 관계식을 이용하여 모델을 구성하였다. 엔진 시동 특성은 보조동력장치에서 발생한 축력을 엔진 터빈에 전달시켜 엔진 각 구성품에서의 압력, 온도 및 축력의 변화 등에 대한 해석을 수행하였으며, 정상상태에서 작동 중인 모델엔진의 연료유량 변화에 대한 엔진 작동상황을 모사해 봄으로써 엔진 천이 특성에 대한 해석을 수행하였다. 향후, 엔진 제어기능을 기본 모델에 추가함으로써 보다 다양한 엔진 성능 시뮬레이션이 가능할 것으로 사료된다.

본 연구에서는 초소형 엔진의 윈드밀 시동시의 성능을 예측하기 위해 엔진의 주요 구성 부품의 성능의 손실해석을 통한 수치 방법을 개발하였다. 사류형 압축기를 가진 초소형 터보제트 엔진에 이 수치기법을 적용하여 탈설계점 및 설계점 영역에서 시동 특성을 해석하였다. 또한 각 설계 변수들의 윈드밀 시동 성능에 영향을 주는 민감도를 분석하였다.

본 연구에서는 소형가스터빈의 고공 및 속도시험, 환경시험 등을 수행하기 위해, 러시아의 SCIAM 연구소에 설치된 기존 대형 시험설비를 개량하여, C-9N 시험스탠드를 개발하는 과정에서 수행된 개념적 설계의 내용을 다루고 있다. 본 시험 스탠드는 환경모사 시스템, 항온유지 시스템, 냉각/건조 시스템, 추력측정 시스템, SAR 시스템으로 구성되어 있다.

고온 환경에서 작동하는 가스터빈 블레이드의 열부하 감소를 위해 다양한 냉각법이 적용되고 있다. 블레이드 외부에서는 작은 홀을 통해 저온의 냉각유체를 분사시키는 막냉각법이 사용되는데, 블레이드 내부의 정확한 온도 예측을 위해서는 작동 조건과 위치에 따른 막냉각 효율을 정확히 산출하여야 한다. 본 연구에서는 압력에 따라 반사되는 빛의 강도를 달리하는 압력감응페인트를 이용하여 평판에서의 막냉각 효율을 측정하였다. 그 결과, 압력감응페인트를 이용한 막냉각 계수 측정법은 상세한 막냉각 계수의 분포를 측정 가능케 하였다. 0.5, 1, 2의 세 가지 분사비가 실험에 적용되었고, 분사비가 커질수록 막냉각 홀 근처의 막냉각 계수는 감소하였지만 하류의 막냉각 계수는 증가하였다.

본 연구에서는 항공기 추진기관의 정확한 장착 성능해석 시 고려하여 할 주요 장착 손실 중 흡입구의 압력 손실을 계산하기 위해 2D 모델링을 수행하였으며 해석 결과를 이용하여 비행마하수와 유량에 따른 흡입구 압력손실 값을 나타낸 0D 성능 맵을 생성하였다. 이러한 성능 맵 생성 절차의 타당성을 검증하기 위해 일반적인 항공기용 엔진 흡입구 형상에 적용하여 타당성을 확인하였다.

스마트무인기의 추진동력계통은 터보프롭 항공기와 유사한 피치 가버닝 개념으로 조종사가 엔진동력을 직접 입력하고 제어기는 프로펠러의 RPM을 일정하게 유지하는 방식을 사용한다. PW206C 엔진은 회전익 항공기에 맞게 개발된 전자식 엔진제어기(Electronic Engine Control)를 갖춘 터보축엔진으로 스마트무인기에서 요구되는 엔진제어개념과는 맞지 않는다. 따라서 기존 EEC의 엔진상태 모니터링 기능은 사용하되 엔진 출력은 수동방식으로서 전기식 작동기를 엔진의 Power Lever Arm(PLA)에 연결하여 조절한다. 본 논문에서는 엔진성능계산프로그램을 사용하여 비행고도 및 속도변화에 대한 엔진성능을 계산하여 각 비행조건에서의 PLA 작동범위를 예측하였다.

본 연구에서는 계측 데이터의 성능 추이를 분석하여 엔진의 기계적 결함 여부를 탐지하기 위한 퍼지 경향감시 방법을 제안하였다. 경향감시 방법은 연료유량, 배기가스 온도, 로터회전수, 진동수와 같은 중요 엔진 파라미터를 모니터링하여 시간에 따른 변화를 분석하여 엔진 상태를 진단하는 것이다. 선형회귀분석을 통해 엔진 상태 변화를 수식화하고 퍼지 로직을 통해 진단 결과를 분석하여 예측되는 손상 원인을 제시한다.

본 연구에서는 항공기용 가스터빈 엔진의 운용에 있어 실시간 결함 진단을 위해 유전 알고리즘을 사용하였다. 탈 설계 영역에서 성능 저하를 고려한 가스터빈 엔진의 구성요소는 압축기, 가스발생기 터빈, 동력 터빈이다. 지상정지 상태인 설계점에 비해 고도, 비행 마하수, 연료유량에 대한 탈 설계 진단의 경우 학습 데이터는 약 200배 이상으로 증가하였으며, 요구 수렴도를 만족시키기 위해 방대한 학습시간이 요구된다. 탈 설계 영역에서 단일결함에 관한 진단오차를 만족시키고 학습시간을 단축시키기 위해 최적분할을 사용하였고 그 결과, 오차범위 5% 이내로 진단됨을 확인하였다.

초소형 터보제트엔진에 적용되는 슬링거 인젝터 시스템의 분무특성을 파악하기 위한 연구를 수행 하였다. 이 연료 분사시스템은 엔진의 회전축으로부터 발생된 원심력에 의하여 연료가 연소기 내부로 공급되고, 액체연료의 미립화를 초래한다. 시험장치는 고속으로 회전하는 Spindle, 슬링거 인젝터, 가압식 물탱크, 아크릴 케이스로 구성하였다. 분무입자의 크기 및 속도를 측정하기 위해 PDPA(Phase Doppler Particle Analyzer) 시스템을 사용하였고, Nd-Yag Laser를 광원으로 사용하여 분무를 가시화 하였다. 시험결과 SMD(Sauter Mean Diameter)는 회전수, 유량, Injection Orifice 수에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 이러한 실험적 연구로부터 이 시스템의 분무특성을 이해할 수 있었고, 초소형 터보제트엔진에 적합한 슬링거 인젝터의 형성을 도출할 수 있었다.

APU 가스터빈엔진의 연료분무특성을 연구하였다. 지상 및 고도 작동조건에 대한 연료분무특성 실험을 수행하여 APU 엔진의 실화 가능성을 검토하였다. 분무실험은 4개의 작동조건에 대하여 수행되었으며 각 조건은 지상 무부하 및 통합부하 조건과 고도 20,000 feet 무부하 및 통합부하에 대한 실험을 수행하였다. 분무특성은 PDPA를 이용한 입자의 크기 및 속도 측정과 레이저 빔을 이용한 가시화를 수행하였다. 연구결과 20,000 feet 무부하의 경우 입자의 크기가 100 ${\mu}m$정도이며 분무속도가 10 m/s로 낮아 화염안정성을 위한 개선이 필요할 것으로 판단된다.

Present study examines detonation wave propagation characteristics in annular channel. A normalized value of channel width to the annular radius was considered as a geometric parameter. A parametric study was carried out for a various regimes of detonation waves from weakly unstable to highly unstable detonation waves. Numerical approaches that used in the previous study of numerical requirements of the simulation of detonation wave propagations in 2D and 3D channel were used also for the present study with OpenMP parallization for multi-core SMP machines. The major effect of the curved geometry on the detonation wave propagation seems to be a flow compression effect, regardless of the detonation regimes. The flow compression behind the detonation wave by the curved geometry of the circular channel pushes the detonation wave front and results in the overdriven detonation waves with increased detonation speed beyond the Chapmann-Jouguet speed. This effect gets stronger as the normalized radius smaller, as expected. The effect seems to be negligible beyond the normalized radius of 10.

Pan과 Rayon계 내열재료는 카본-페놀 복합재료로 고체 추진기관용 노즐 내열재로 사용되고 있다. 연소시험 후, 두 재료의 삭마패턴에 달라 삭마형상에 의한 노즐 추력성능 변화와 관련된 연구가 요구되었다. 본 연구에서는 연소시험 후 획득한 삭마형상을 이용한 1차원 면적분석과 유동해석 수행하여 Pan계 및 Rayon계 내열재의 삭마형상에 의한 추력 손실 량을 예측하였다. 연구 결과, Rayon의 경우 Pan의 경우에 비해 약 0.53%의 추력손실이 더 있었으며, 약 0.4%의 더 많은 총 역적 손실이 예측되었다.

스월 난류연소기에서의 혼합기 유입온도와 스월세기에 따른 연소불안정 발생 메커니즘 알아보기 위하여 Large Eddy Simulation을 수행하였다. 스월각 45도 경우 연료공기 혼합기의 온도를 600K에서 660K으로 증가시켰을 경우 화염분기(Bifurcation)현상이 관찰되었고, 스월 강도가 변할 경우 온도와 관계없이 화염분기가 일어나거나 그렇지 않음을 확인하였다. 벽면근처의 혼합가스 유동속도와 화염속도간의 상관관계는 화염분기현상의 발생에 주요한 인자임을 확인하였다.

액체 연료를 사용하는 가스터빈 연소기에서의 분무 및 연소 특성을 알아보기 위해 본 연구에서는 KIVA-3V를 이용하여 애뉼러형 모형 가스터빈 연소기에서 Jet-A의 분무와 연소에 의한 열유동 현상을 수치해석을 통하여 연구하였다. 홀을 통해 유입되는 냉각유동이 있을 경우, 유입 유동이 최적화되지 않으면 액체연료의 분무는 주위 유동장의 영향을 크게 받아 후류에서 SMD가 증가하고, 등가비의 수직적 분포가 일어나기 어렵게 된다. 화염이 연소실의 중앙 부분에서 좌우로 넓게 발생하며, 유동에 의해 화염의 후류가 갈라지는 현상이 있었으며 이로 인해 화염중심부가 분리되고 국소적인 고온부가 생성되어 NO의 발생이 증가하는 영역이 발생하였다.

별도의 가압장치가 없이 산화제탱크 내에 저장된 $N_2O$액체산화제가 공급될 때 액체에서 기체로의 상변화를 고려하여 $N_2O$액체 산화제의 유량공급특성을 예측하였다. 보다 정확한 산화제 공급특성을 계산하기 위해 산화제의 압력과 온도에 따른 $N_2O$의 물성치 변화를 고려하였으며 오리피스 형상과 토출계수 관계식을 이용하여 산화제 유량을 계산하였다. 그리고 산화제 공급에 따른 산화제탱크 내의 압력변화를 측정하고 해석결과와 비교하였다.

이 연구의 목적은 추력, 항력, 중량 등의 외력들에 기인하여 가늘고 긴 동체의 소형로켓의 비행궤도에 영향을 줄 수 있는 임계하중을 조사하는데 있다. 임계하중은 먼저 Euler 기둥식을 이용하여 구하였고, 검증을 위해 유한 요소법의 수치해석 결과와 비교하였다.

Polyethylene-N2O 추진제를 이용한 하이브리드 로켓에서 연료 그레인의 기하학적 변화에 따른 성능 특성을 고찰하였다. 연료 그레인의 포트 수 증가에 따른 성능 비교를 위해 단일 원형, 4포트 원형 포트를 가진 연료 그레인이 사용되었으며, 혼합 챔버의 유무에 따른 성능 비교를 위해 4포트 원형 그레인 중간의 혼합 챔버가 존재하는 형태를 가진 연료 그레인이 사용되었다. 지상 연소 시험 결과, 4포트 혼합 챔버를 가진 경우가 가장 높은 성능을 보임을 확인하였으며, 하이브리드 로켓에서 연료 형상 변화만으로도 모터 성능이 증대될 수 있음을 확인하였다.