• Title/Summary/Keyword: 노즐

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초음속 마이크로노즐에 적합한 프로파일을 위한 공정변수의 최적화

  • Song, U-Jin;Jeong, Gyu-Bong;Cheon, Du-Man;An, Seong-Hun;Lee, Seon-Yeong
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • pp.38.2-38.2
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    • 2009
  • 마이크로노즐은 우주공간에서 인공위성의 자세를 바로잡는 데 필요한 마이크로 로켓에 들어가는 필수적인 부품이다. 마이크로 노즐은 또한 나노입자 적층 시스템(nano-particle deposition system, NPDS)에 들어갈 수 있다. NPDS는 세라믹 또는 금속 나노분말 입자를 노즐을 통해 초음속으로 가속시킨 뒤 상온에서 이를 기판에 적층시키는 새로운 시스템이다. 본 연구의 목표는 NPDS에 쓰이는 노즐을 일반적인 반도체 공정을 이용하여 마이크론 스케일의 목을 갖도록 한 마이크로노즐을 제작하는 데 있다. 보쉬 공정은 이러한 마이크로노즐을 제작하는데 필수적인 공정으로, 유도결합플라즈마를 이용해 실리콘 웨이퍼를 식각시키는 기술을 말한다. 보쉬 공정에 사용되는 플라즈마 기체는 $SF_6$$C_4F_8$인데, 이 두 가지 기체를 번갈아가면서 사용하여 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각하는 것이 그 특징이다. 보쉬 공정에는 다양한 변수가 존재하며 이를 적절히 통제하면 마이크로노즐에 적합한 프로파일을 실리콘 웨이퍼 내에 형성시킬 수 있다. 본 연구에서는 보쉬 공정을 이용하여 3차원 마이크로 노즐을 제작하였다. 기존에 반응성이온식각(deep reactive ion etching, DRIE) 공정을 통해 마이크로노즐을 제작한 사례가 많이 보고되었지만 이들은 모두 2차원적으로 마이크로노즐을 제작하였다. 2차원적으로 제작한 마이크로노즐은 마이크로 로켓에 주로 사용되었지만, 초음속으로 가속된 분말이 노즐의 형상으로 인한 유체 흐름의 불안정성 때문에 NPDS에서는 오래도록 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 그러므로 본 연구에서는 마이크로노즐을 3차원 형상으로 제작함으로써 이러한 문제점을 해결하고자 하였다.

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A Numerical Study on the Nozzle Geometry of a Steam Ejector (증기 이젝터의 노즐 형상에 대한 수치해석적 연구)

  • Ji, M.K.;Utomo, Tony;Jin, Z.H.;Jeong, H.M.;Chung, H.S.
    • Journal of Power System Engineering
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    • v.14 no.2
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    • pp.22-27
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    • 2010
  • 본 논문은 유한체적법에 근거한 CFD 분석기법을 이용하여 증기 이젝터의 성능에 대하여 구동노즐의 기하학적 형상에 따른 영향을 조사하였다. 구동노즐의 직경비를 변화시키고 또한 직경비를 일정하게하고 구동 노즐의 위치를 변화시키면서 최적의 조건을 조사하였다. 연구 결과 이젝터의 성능은 구동노즐의 직경과 노즐의 출구 위치에 의해 좌우됨을 확인하였다. 일정 노즐 면적비에 대하여 노즐 목 직경이 감소함에 따라 혼입율이 증가하는 것을 확인하였고 일정 노즐 목 직경에 대하여 면적비의 증가는 혼입율의 감소의 원인이 된다는 것을 확인할 수 있었다. 또한 혼입율은 노즐의 출구 위치에 따라 영향을 받는다는 것도 확인하였다. 혼입율은 노즐 출구의 위치가 이젝터의 상류로 이동할수록 증가하고 그 위치는 이젝터의 일정단면적부 직경(D)에 대하여 0.4D일 때 최적의 성능을 보였다.

Effect of Nozzle Initial and Exit Wall Angles on Supersonic Flow Field in a Thrust Optimized Nozzle (추력이 최적화된 노즐의 초음속 유동에 대한 노즐벽 초기 및 출구각도의 영향)

  • Jeon, Tae Jun;Park, Tae Seon
    • Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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    • v.25 no.3
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    • pp.1-13
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    • 2021
  • Effects of the nozzle wall angles on the supersonic flow field in a thrust optimized nozzle were numerically investigated. The combustor and operating condition of 30-tonf rocket engine was selected to study the optimum nozzle shape. The nozzle flow of combustion products was realized by the shifting equilibrium calculation for the propellant of kerosene-LOx. The change of nozzle wall angles induced different developing patterns of the internal and secondary shock wave. The optimum nozzle was obtained when the internal shock was in a specific position at the nozzle outlet. The nozzle wall angles of the optimum nozzle were very similar to those of the optimum nozzle which does not consider the shock wave.

A Fundamental Study of Coaxial Supersonic Jets (동축 초음속 제트유동에 관한 기초적 연구)

  • 이권희;구병수;김희동
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • pp.37-37
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    • 2000
  • 일반적으로 노즐 입구의 압력과 배압의 비가 어떤 임계값보다 큰 경우에 축소확대 노즐을 통하는 유동은 노즐목에서 초크하며, 노즐출구에서는 용이하게 초음속으로 된다. 노즐을 통하여 초음속으로 방출되는 제트유동에 관해서는 현재까지 많은 연구가 수행되었다. 이들 연구에 의하면 노즐 압력 비에 따라 노즐출구에서의 유동상태(즉 과팽창, 적정팽창, 부족팽창상태)가 결정되며, 노즐출구로부터 하류의 초음속 제트유동에서 발생하는 충격파 구조 및 위치, 제트경계의 구조 그리고 제트의 코어 등 유동의 기구가 비교적 상세하게 알려져 있다.(중략)

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원지점 차넣기 모타 적용 잠입노즐 기초 기술 개발

  • 노태호;황종선;조인현
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • pp.32-32
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    • 2000
  • 잠입노즐은 로케트 추진기관의 길이 및 중량을 감소시켜 체계설계의 관점에서 볼 때 많은 이점을 제공한다. 본 연구에서는 3단형 과학로케트 원지점 차넣기 모타(apogee kick motor)에 적용하기위한 잠입노즐의 기초기술 개발에 주안점을 두었다. 고고도에서 저속으로 회전하며 비행하는 원지점 차넣기 모타를 제작하기위해서 체계 요구성능에 의해 예상된 실물형의 50% 크기에 해당하는 축소형 잠입노즐을 제작하였다. 잠입노즐은 잠입부의 내외부가 고온의 추진제 연소가스에 노출된 상태에서 노즐 내부 압력 외에 연소실압에 의한 외부압력이 작용하므로 이를 고려한 열 및 구조설계가 중요하다. 본 연구에서는 노즐 수렴부와 목부에 일체형 그라파이트 소재를 적용하고 확장부 내열재 및 잠입부 배면내열재에 탄소/페놀 복합재를 노즐 내열재로 사용하였다. 그리고 이들의 구조적 지지를 위해 스틸구조물을 적용하였다. 적용된 스틸구조물에는 K형 열전쌍을 이용해 내열재와 구조물 온도를 측정할 수 있는 관통구멍 및 나사부를 구조물 외변에 가공하였다. 열전쌍은 노즐 목직경의 2, 4배 되는 확장부 내열재 단면위치의 2mm와 4mm 깊이와 구조물 내면 및 외면의 4개소에 열전쌍을 부착하여 지상연소시험시 노즐 내열재와 구조물의 온도분포를 관찰한다. 그리고 노즐 조립시 확장부 내열재와 구조물에 각 각 반원형 홈을 내어 여분의 접착제가 원형 홈에 밀려들어가 경화되어 노즐 기밀유지와 체결력을 향상시킬 수 있는 원형공간 접착제 충전 공법을 적용하여 실제모타에 대한 적용가능성을 지상연소시험을 통해 확인한다.

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Shield Ratio and Thrust Performance Analysis According to The S-Type Nozzle of The Centerline Shape (S-형 노즐 형상의 중심선 형태에 따른 차폐율과 추력 성능 해석)

  • Jin, Juneyub;Park, Youngseok;Kim, Jaewon;Lee, Changwook
    • Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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    • v.25 no.3
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    • pp.42-55
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    • 2021
  • In this study, the effect of nozzle performance according to the selection of the center line equation. Three of S-type nozzles and three of double S-type nozzles were designed using the curve equation and design parameters, and the nozzle shielding performance was evaluated using the shielding ratio definition. In order to analyze the internal flow of the nozzle, the characteristics of the velocity distribution and pressure distribution were studied, and the nozzle performance was evaluated through the total thrust ratio(f) and the nozzle insulation efficiency coefficient(η). On the other hand, the centerline with a sharply change in curvature at the entrance has a low nozzle performance and a high shielding rate. The double S-type nozzle is excellent nozzle performance and shielding rate by using a smooth centerline at the first curvature.

Experimental Study of Discharge Coefficient and Cavitation for Different Nozzle Geometries (노즐 오리피스 형상에 따른 Discharge Coefficient와 Cavitation에 관한 실험적 연구)

  • Kim, Sung-Ryoul;Ku, Kun-Woo;Hong, Jung-Goo;Lee, Choong-Won
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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    • v.34 no.10
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    • pp.933-939
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    • 2010
  • The purpose of this study is to investigate the generation and development of cavitation in circular and elliptical nozzles. In order to investigate the influence of cavitation, the experiment was conducted with a set of elliptical nozzles that had the same cross-sectional area, different orifice aspect ratios (a/b). Each nozzle was made of acrylic so that visualization was possible. With the injection pressure, the internal flow of the nozzle was classified into the no-cavitation, cavitation, and hydraulic-flip regions. Regardless of the nozzle geometry, with the injection pressure, the flow rate in the no-cavitation and cavitation regions increased and the discharge coefficient decreased. However, the flow rate was constant in the hydraulic-flip region. In the elliptical nozzles, the generation and development of cavitation occurred at higher cavitation number than that in the case of a circular nozzle.

A Numerical Study of the Combustion Characteristics in a MILD Combustor with the Change of the Fuel and Air Nozzle Position and Air Mass Flow Rate (연료 및 공기 노즐 위치와 공기 유량 변화에 따른 MILD 연소 특성에 관한 해석적 연구)

  • Kim, Tae-Kwon;Shim, Sung-Hoon;Chang, Huyk-Sang;Ha, Ji-Soo
    • Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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    • v.33 no.5
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    • pp.325-331
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    • 2011
  • A numerical analysis of reactive flow in a MILD(Moderate and Intense Low oxygen Dilution) combustor is accomplished to elucidate the characteristics of combustion phenomena in the furnace with the change of fuel and air nozzle position and air mass flow rate. For the case with the fuel nozzle located near center position of combustor, the reaction zone started at the fuel nozzle and had inclined shape toward combustor wall when the air mass flow rate was relatively smaller. On the other hand, the end of reaction zone moved toward center of combustor from combustor wall when the air flow rate was relatively larger. For the case with the air nozzle located near center position of combustor, the reaction zone started at the fuel nozzle and had inclined shape toward combustor wall when the air mass flow rate was relatively small, which was similar as the previous case with smaller air mass flow rate. On the other hand, the end of reaction zone moved toward combustor wall when the air flow rate was relatively larger. The maximum temperature increased as the air mass flow rate increasing for both cases, and the concentration of thermal NOx increased also from the previous reason of temperature characteristics. The concentration of NOx for the case with the air nozzle located near center position of combustor was considerably smaller than that for the case with the fuel nozzle located near center position of combustor. From the present study, the case with the air nozzle located near center position of combustor and theoretical air flow rate was the most effective condition for the NOx reduction and perfect combustion.

탄소섬유 강화 복합재료를 이용한 증기발생기용 노즐댐 설계

  • 박진석;김태룡;오제훈;이대길
    • Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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    • pp.253-258
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    • 1996
  • 원자로의 가동 중지 중이나 재장전시 원자로가 설치되어 있는 수조의 냉각수가 증기발생기 안으로 유입되는 것을 막는 장비로써 노즐댐을 사용한다. 현재의 노즐댐은 알루미늄 재질로 그 무게가 무거워 노즐댐 작업자가 취급하기 어렵다. 이 노즐댐의 경량화와 동시에 구조적 강도를 증가시키기 위해서 비강성이 높은 탄소섬유 강화 복합재료와 굽힘 강성 및 전단강성을 증가시키기 위하여 벌집구조(honeycomb)의 알루미늄을 사용하여 KAERI 노즐댐-II를 설계하였다. 노즐댐에 발생하는 응력 해석을 통하여 중앙판과 측면판의 변위가 충분히 작은 값을 가지면서 파괴지수도 충분히 작은 값이 되는 탄소섬유의 적층각도를 구하였으며, 중앙판은 [$\pm$15]로 적층하고 측면판은 [$\pm$45 ]로 적층 하였다. 그리고 각 판의 최대 파괴지수는 중앙판의 경우 0.32, 측면판의 경우 0.27 이었고 최대변위는 각각 3.1mm, 2.7mm로 노즐댐을 사용할 때 예상되는 하중에 대하여 노즐댐의 구조적 건전성을 입증하였다.

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A Study on the Light Oil Injection. System using a Multilayer Actuator Structured-Ultrasonic Nozzle (적층액츄에이터형 초음파 노즐을 이용한 경유 분사 시스템에 관한 연구)

  • Kim, Hwa-Soo;Hwang, Lark-Hoon;Kim, Do-Hyung;Lee, Sang-Ho;Yoo, Ju-Hyun
    • Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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    • pp.317-317
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    • 2008
  • 기존의 초음파 노즐은 단판액츄에이터형 초음파 노즐을 사용하여 연체 연료를 분사하였다. 하지만 단판액추에이터형 초음파 노즐은 300V이상의 고전압을 필요로 하여 소비전력이 높은 단점을 가지고 있다. 하지만 적층액츄에이터형 초음파 노즐은 저전압 구동이 가능하여 낮은 소비전력을 가지며, 단판액츄에이터헝 초음파 노즐보다 우수한 분사특성을 가지고 있는 장점이 있다. 또한 공진형 인버터를 사용하여 초음파 노즐을 구동하는 경우 노즐의 구동 전압을 공진에 의하여 쉽게 얻어질 수 있는 장점과 구동 스위치에 가해지는 전압의 크기가 상대적으로 작게되므로 인버터 구동에 저전압 MOSFET를 사용함으로써 도통손실의 저감 및 구성회로의 저압화 등에 유리한 이점이 있다. 본 연구에서는 적층액츄에이터형 초음파노즐을 개발하고 그에 따른 공진형 인버터를 설계하여 적층엑츄에이터형 초음파 노즐의 분사 시스템을 제안 한다. 또한 실제 액체연료인 경유를 분사하여 전기적특성과 분사특성을 조사한다.

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