• Bulletin of the Korean Space Science Society
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• 2003.10a
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• pp.74-74
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• 2003

로켓엔진의 연소실에서는 고온의 연소가스로부터 다량의 열이 발생하기 때문에 이로부터 연소실을 보호하기 위한 방법이 필수적으로 요구된다. 한국 최초의 액체 로켓인 KSR-III 로켓의 주엔진인 KL-3 엔진에서는, 연소실을 보호하기 위한 방법으로 실리카/페놀(Silica/Phenolic) 내열재를 이용하는 용융냉각 방식을 채택하였다 용융냉각 방식은 내열재와 고온의 연소가스와의 물리ㆍ화학적 상호작용에 의해 삭마가 발생하게 되는데, 이러한 삭마는 연소실에서도 가장 고온부인 노즐목에 집중적으로 발생하는 경향이 있다. 그러나 노즐목에서 삭마의 진행은 노즐목의 크기를 증가시키고 연소압 및 추력을 감소시키는 부작용을 초래하게 된다. 본 연구에서는 이러한 열적 삭마에 의한 노즐목 크기의 증가량을 알아내기 위해 KL-3 엔진 노즐목의 형상을 측정하고자 시도하였으며, 노즐목의 삭마에 영향을 미치는 주요 인자를 확인하고 진행과정을 고찰하였다. 노즐목의 형상 측정을 위해서는 기존에 사용하던 3차원 변위 측정기를 이용한 방식의 접근이 곤란함에 따라 영상처리 기법을 도입한 측정 방식을 고안하여 사용하였으며, 이 장비는 만족스런 성능을 보여주었다. 시험결과를 통해서 삭마에 영향을 주는 주요 인자로 분무형태, 연소시간, 연소 온도를 제시하였고 이 중에서 분무형태는 삭마 형상에, 연소 시간 및 연소온도는 삭마량에 주로 영향을 끼친다는 것을 알 수 있었다. 또한 시간에 따른 삭마의 진행이 3개의 구간으로 나누어 설명할 수 있음을 밝혔는데, 노즐목이 원형을 그대로 유지하며 삭마진행이 미미한 구간, 원형에서 벗어나 요철형상이 발달하면서 삭마진행이 가속되는 구간, 요철형상이 이미 정착되어서 요철의 깊이만 증가하되 삭마량은 미미한 구간이다. 결과적으로 60초 연소 후 노즐목 면적 증가율은 +5.82% 정도이며, 이에 따른 연소압 및 추력의 감소 또한 1% 미만으로 미비하였다. 따라서 본 KL-3 엔진에 사용된 내열재의 내열 성능은 임무를 수행하기에 적절하다고 판단하였다.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.55.2-55.2
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• 2010

기존의 thermal spray coating은 분사시 가스와 입자가 높은 열을 동반하여 상대적으로 차가운 기판과의 충돌되는 과정에서 기판과 입자 사이에 열응력이 발생하게 되고, 이것은 코팅 특성을 저하시킨다. 또한 고온의 가연성 가스등의 사용으로 작업 시 안전문제 등의 단점이 있었다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 분사 시 운동에너지를 주로 이용하는 cold spray coating 공정이 개발되었다. 이 공정은 코팅 입자를 임계속도 이상으로 가속시켜 입자와 기판이 충돌시 소성 변형을 통해 적층되는 코팅기술이다. Cold spray coating공정은 상온 코팅이 가능하기 때문에 주입입자의 물성이 비교적 그대로 유지되고, 고온의 열로 인한 기판의 변질을 막을 수 있다. Cold Spray coating에서 주로 원형 노즐을 사용하나 본 연구에서는 분사 효율 향상을 위한 광폭노즐을 사용하여 코팅 시간 단축을 기대하고 있다. 임계속도 이상의 입자 확보를 위하여 노즐의 expansion ratio와 노즐 shape의 변화를 주어 그에 따른 노즐내의 유동장을 수치해석을 통해 계산하였다. 분사되는 출구면과 기판 사이의 입자 속도 분포를 해석하였고, 이를 통해 임계속도 이상의 속도를 갖는 유효 입자들의 분포 및 유효 분사 면적을 예측하였다. 또한, 기존의 원형 노즐과 광폭 노즐과의 유동장 비교 및 각 노즐 분사면을 분석하여 cold spray coating공정에서의 효율적인 노즐 형상을 디자인하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2017.05a
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• pp.583-586
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• 2017

Infrared signal measurement are conducted from a micro-turbo jet engine with different nozzle configurations. The conventional cone type, a S-shaped type with aspect ratio 5.2 and five rectangular type nozzle with different aspect ratios are used for this experiment work. The result show that infrared signal from the exhaust gas decrease as the aspect ratio increase. In case of S-shaped nozzle, the maximum infrared signal is reduced about 28.4% when compared of rectangular nozzle with aspect ratio 5(AR5).

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2017.05a
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• pp.724-729
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• 2017

The interaction between the flow of the nozzle and the acoustic motion in the combustion chamber acts as an important factor in suppressing combustion instability where nozzle damping effect can be evaluated by nozzle admittance. In this study, Modified Impedance Tube experiment is implemented to predict the acoustic nozzle damping effect. The experimental admittances are compared to numerical admittances values which are calculated from one-dimensional linearized Euler equation of Crocco's theory. As a result, it was possible to identify qualitatively the tendency between increasing and decreasing parts. Also, Efficient frequency bands of nozzle attenuation can be predicted.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2017.05a
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• pp.679-681
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• 2017

Numerical analysis was carried out by applying the concept of E-D(expansion-deflection) nozzle to dual bell nozzle. We used the CEA code to calculate the chemical composition of the nozzle and to analyze the freezing flow of 8 species. The turbulence model was chosen as the $k-{\omega}$ SST. We applied the concept of E-D nozzle to the dual bell nozzle and performed the calculated transition altitude and performance. As a result of the interpretation, the application of the E-D nozzle concept led to the formation of over-expansion conditions, which resulted in an increase in the transition altitude.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.45-45
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• 2010

반도체 및 디스플레이 산업에 사용되는 진공펌프의 효율이 증대됨에 따른 성능 평가 기술의 향상 과 미세 유량을 조절 및 측정할 수 있는 시스템의 개발이 요구되고 있다. 유량 시스템 중 소닉노즐은 기체 유량 측정 표준기로 사용되고 있다. 또한 유량 측정에 있어서 사용상의 편리성, 이동성, 재현성 등 여러 가지의 장점을 가지고 있어 산업 현장에서 많이 사용되고 있다. 본 연구는 소닉노즐을 넓은 유량 범위에서 사용할 수 있도록 소닉노즐의 유출계수 교정을 목적으로 한다. ISO 9300에서 제시한 사양에 맞추어 목 직경 0.03 mm와 0.2 mm 그리고 1.6 mm의 소닉노즐을 제작하였다. 한국표준과학연구원에서 진공용 유량측정 장치로 개발된 정적형 유량계를 이용하여 제작된 3 종의 소닉노즐 유출계수를 확장불확도 3% 이내로 교정하였다. 교정된 소닉노즐의 유량 측정범위는 약 0.6~90, 000 cc/min 범위를 갖는 것으로 나타났으며, 사용유동 조건에 해당되는 레이놀드 수(Reynolds number) 범위는 26~75, 700 으로 확인되었다. 이러한 결과는 교정된 소닉노즐을 이용하여 진공공정에서 필요한 극 미세 유량의 정밀측정을 가능하게한 새로운 연구결과로 판단된다. 교정된 소닉노즐을 이용하여 진공펌프의 배기속도 측정결과는 기 구축된 정적법을 이용한 배기속도 측정결과와 3% 이내의 오차범위내로 매우 잘 일치함을 보였다. 교정된 소닉노즐은 향후 반도체 및 디스플레이 공정에 사용되는 다양한 진공펌프들의 배기속도를 현장에서 간단하게 평가할 수 있는 '현장 성능평가 장치'에 활용할 예정이며, 현재 공정현장에서 배기속도 측정에 널리 사용 중인 MFC를 대체할 수 있을 것으로 예상된다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.22 no.6
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• pp.19-27
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• 2018

In this study, a numerical study was conducted to characterize the E-D nozzle which changes according to the nozzle pressure ratios. Three different numerical analysis models were designed by changing the pintle inflection angles. When the nozzle pressure ratio is low, the outside air flows into the E-D nozzle to form an open flow field. As the nozzle pressure ratio increases, the flow transition occurs to become the closed flow field where the recirculation region is isolated inside the nozzle. Also, the highest thrust coefficient was obtained in the analytical model with high pintle inflection angle at all nozzle pressure ratios.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2003.05a
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• pp.133-136
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• 2003

우주발사체의 2단에 사용가능하며, 케로신과 액체산소를 추진제로 하는 10톤급 액체로켓엔진 (LRE)에 대해 노즐 설계 변수와 성능 특성과의 관계를 파악하고 노즐 성능의 개선을 위해 노즐 형상에 따른 성능 해석을 수행하였다. 본 연구에서 10톤급 LRE의 형상을 설계하였으며, 기존의 일차원 성능해석 방법과는 달리, 2차원 유동 해석 결과를 이용한 성능 해석을 수행하기 위해 노즐 성능해석용 코드를 개발하였으며, 액체 산소/메탄 엔진 (LNG 엔진)에 대한 지상 연소시험 결과와 비교, 검토하여 노즐 성능해석 코드를 검증하였다.

• Journal of the KSME
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• v.25 no.3
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• pp.236-241
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• 1985

본 고에서는 일반적으로 노즐 부위 열해석에서 무시되는 복사열전달율과 점성소산효과를 수치적 모델을 통하여 그 필요성 여부를 조사한 것이며 다음과 같은 결론을 얻었다. (1)연소실 및 수 렴부위에서는 복사열전달율이 대류열전달율과 같은 차수의 크기로 나타나고 있어서 고 복사율을 갖는 연소가스에서는 특히 중요하다. 특히 최근에 많이 사용되는 연료에는 연소가스에 산화알 루미늄 성분이 증가하는 추세이므로 노즐부위 열해석에는 복사열전달이 차지하는 비중이 커질 것이다. (2)노즐의 확산부위에서는 고속으로 인하여 가스자체의 점성소산이 일어나 특성치 보 정계수 값이 감소한다. 따라서 Bartz의 예측치 보다는 열전달계수의 값이 적어지고 있다. (3) 따라서 노즐수렴부위에서는 일반적으로 Bartz의 예상치보다 높고 확산부에서는 낮은 결과를 얻 었던 실험결과와를 비교할 때 고온고속 노즐에서의 열전달해석은 복사 열전달과 점성열 소산을 고려함으로써 정확하게 될 수 있다. (4)이상 고려된 실험 데이터와 수치모델의 고찰은 노즐내의 침식이 없는 경우이나 실제의 경우 노즐벽 표면에서 화학적 반응이 일어난다. 그러나 이때 발 생될 수 있는 순수한 발한효과는 미미하며 단지 전체적인 단면의 열 해석시 상기에서 예측된 열전달율을 근간으로 화학반응열 및 온도분포를 계산하여야 할 것이다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.13 no.6
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• pp.1282-1291
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• 1989

본 연구에서는 이러한 연구의 시작단계로 노즐내의 열 경계층 방정식을 정리하고 압축성 와점도모델을 도입하여 유한 차분법을 이용한 전산프로그램을 작성 하였다. 한편 실제로 추진모테에서는 고온 고속의 열기류가 분출되기 때문에 추진 하고 있는 동안 노즐벽을 형성하고 있는 내열재가 심하게 손상되어 표면의 상태가 매우 거칠게 된다. 더구나 경우에 따라서는 내열재가 용발(ablation)하게 된다. 이러한 상태를 감안하여 마찰계수와 열전달 계수를 합리적으로 추정해야만 노즐의 설계와 주변장치를 합리적으로 수행할 수 있다. 따라서 본 연구에는 주로 경계층 내의 압력구배, 압축성의 효과, 물성치의 변화를 고려한 기존 난류모델에 근거하여 프로그램을 작성하고, 이것을 토대로 노즐표면 조도의 영향 및 분출(blowing)의 영 향을 중점적으로 고려하여 그 특성을 연구하였다. 노즐벽에서 분출을 고려한 이유는 표면이 용발할 때 표면의 온도가 거의 일정하게 유지된 상태로 노즐표면이 화학작용을 수반하면서 가스화됨을 초보적으로 고려해보기 위함이다.