Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers ISSN:1226-6027(Print) 2288-4548(Online) 한국추진공학회지

비돌출형 흡입구(Submerged Inlet)는 비행체의 항력 및 무게 감소, 낮은 RCS(Radar Cross Section)로 인한 저피탐성(Low Observability) 등의 장점이 있지만, 곡선형 형상의 특성상 흡입구로 유입되는 유동의 박리와 왜곡에 의한 유동 불균일성의 증가로 인해 전압력 손실이 크다는 단점이 있다. 따라서, 변수 간 상관관계 및 상호영향성을 고려하여 다양한 설계 변수 조합에 따른 유동 특성을 관찰하고 성능을 최대로 하는 흡입구 형상을 탐색할 필요가 있다. 본 연구에서는 마하 0.8의 천음속 유동 내에서 다양한 설계 변수 조합에 따라 비돌출형 흡입구의 성능을 최대로 하는 형상 설계 방안을 제시하였다.

전기추력기의 일종인 홀 추력기는 우주비행체용 추력기로서 사용이 점차 증가하고 있다. 홀 추력기의 성능평가를 위해 지상시험을 수행하는 경우, 시험장치의 한계로 인해, 진공챔버 내 배경압력이 우주공간보다 높게 나타나므로, 이에 대한 영향을 파악하고, 보정하는 과정이 필수적이다. 본 연구에서는 PIC-DSMC를 이용하여, 3∼60 μTorr 수준의 배경압력이 홀 추력기 배기플룸에 미치는 영향을 분석하였다. 배경압력이 높을수록 홀 추력기 플룸에서 중성 원자와 이온 사이의 충돌 및 전하 교환량이 증가하였다. 전하 교환량이 증가함에 따라, Xe+ 이온의 확산량도 증가하였고, 전위값 또한 상승하였으며, 이온의 역류량도 증가하였다. 따라서, 전기추력기의 정확한 성능 예측을 위해서는 배경압력을 고려한 결과 보정이 필수적이다.

커빅 커플링(Curvic Coupling)은 축과 축을 연결하여 토크와 굽힘 모멘트를 전달하는 기계요소이다. 작은 직경으로 큰 토크를 전달할 수 있으며, 정밀한 곡률을 가지는 치(Teeth)로 인해 결합되는 축들 간의 동심을 유지할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 커빅 커플링으로 결합된 두 축을 다단의 외팔보로 가정하여 굽힘 모멘트에 대한 보의 굽힘 방정식을 유도하고, 유한요소해석을 통해 처짐량을 구하여 앞에서 유도한 보의 굽힘 방정식에 대입함으로써 커빅 커플링부의 등가 탄성계수를 도출하였다. 그리고 도출된 등가 탄성계수의 비교 검증을 위해 압축 하중-변위에 대한 기울기를 계산하고 시험 결과와 비교하였다.

본 연구에서는 전기 제어 고체 추진제의 연소 메커니즘을 수치적으로 분석하여, 전기화학적 반응과 줄 히팅 효과가 연소 특성에 미치는 영향을 탐구하였다. 추진제에 전기화학적 반응에 의한 열원과 줄 히팅 효과에 의한 열원을 각각 적용하여 어떤 요소가 연소 반응에 더 지배적인 영향을 미치는지를 분석하였다. 그 결과, 전기 화학적 반응에 의한 열원이 줄 히팅 효과에 의한 열원보다 추진제의 연소 반응에 더 큰 영향력을 행사한다는 것을 알 수 있었고, 해당 연구에서 사용한 추진제의 특성상 양극에서부터 연소가 시작되어 전체 도메인에 걸쳐 진행되는 것 또한 확인할 수 있었다. 추가적으로, 실험적으로 측정한 결과와 시뮬레이션 결과를 비교하여 코드의 타당성을 검증하였으며, 두 결과 간에 큰 차이가 없음을 확인하였다.

본 연구는 국내에서 연구 개발된 혼합바이오 항공유(Bio-jet50)와 Jet A-1 연료간 분무특성을 시험적으로 분석한 결과이다. 혼합바이오 항공유는 국내에서 HEFA(Hydro-processed Esters and Fatty Acids, 동식물성 유지의 수소첨가 전환반응) 공정으로 개발된 대체 연료 후보로서 순수 바이오항공유는 Aromatics 성분이 없으며, Olefins 구성 성분또한 거의 없고 대부분이 Paraffins 성분으로 구성된 연료이다. 본 연구에서는 개발된 연료를 Drop-in fuel로 활용할 수 있는지 검토하기 위한 일환으로 ASTM D7566의 규격에 따라 기존 Jet A-1 연료와 50:50의 비율로 혼합하여, 변경된 연료의 성분으로 인해 야기된 연료의 물리적 특성이 연료노즐 분무특성에 어떤 영향을 미치며, 항공엔진 연소기 관점에서 고려하여야 할 사항을 검토하였다. 특히 본 연구에서는 항공가스터빈 엔진의 저온시동 조건에서의 분무특성도 살펴보기 위하여 저온 연료 조건으로 분무시험을 실시하여 기존 Jet A-1 연료와의 비교시험을 실시하였다.

본 연구는 국내에서 연구 개발된 혼합바이오 항공유의 터보엔진 적용특성에 대한 분석결과이다. 혼합 바이오 항공유는 HEFA(Hydroprocessed Esters and Fatty Acids, 동식물성 유지의 수소첨가 전환반응) 공정으로 개발된 순수 바이오항공유에 상용 Jet A-1연료를 부피비율 50:50로 혼합한 항공유이다 제조된 혼합 바이오항공유를 터보제트엔진에 적용하여 Jet A-1 연료와 비교 성능시험을 실시한 결과, 엔진 추력, 비연료소모율, 배기가스 온도 및 기타 엔진 기능적인 면에서 유의미한 차이가 없는 것으로 분석되어 국내에서 개발된 혼합 바이오 항공유의 실 터보엔진 적용가능성에 대해 실증 확인하였다.

탄의 사거리를 증가시키기 위해 사용하는 방법으로 크게 보조 로켓을 장착하여 추력을 발생시키는 방법과 탄 후방에 기저유출을 통해 항력을 감소시키는 방법이 있다. 본 연구에서는 보조로켓과 기저유출이 동시에 적용된 복합추진탄의 기저압력 특성을 CFD와 반경험식을 통해 분석하였다. 본 연구를 통해 복합추진탄의 기저면에서 분출되는 로켓화염과 기저유출의 조건에 따른 기저압력 특성을 CFD를 통해 파악할 수 있었고 반경험식 결과와 비교하여 그 차이를 확인할 수 있었다. 본 결과는 유사 무기체계의 성능 예측에 활용될 수 있다.

독성과 발암성을 가진 하이드라진 단일추진제를 대체하기 위하여 고성능 이온성 단일추진제에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 고성능 이온성 단일추진제는 하이드라진 대비 높은 비추력과 낮은 독성을 가지고 있지만, 추진제를 사용하기 위해서는 촉매를 623 K 이상으로 예열해야한다는 단점이 있다. 추가적으로, 추진제의 높은 단열 분해 온도를 견디기 위해서는 고내열성 촉매를 제작해야한다는 단점이 있다. 이 문제점을 해결하기 위하여, 다양한 방식으로 이온성 단일추진제를 점화하려는 시도가 있었다. 그 중에서도 플라즈마를 활용한 추진제 점화는 짧은 시간 안에 점화가 가능하다는 장점이 있다. 본 논문에서는 국내외의 플라즈마를 활용한 추진제 점화 사례들을 소개하며, 향후 플라즈마를 활용한 이온성 단일추진제 추력기 설계 시 설계 주안점에 대해 논의하고자 한다.

차세대발사체개발사업 예비타당성조사 보고서에서 사업의 목적부터 시작하여 선정된 시스템 구성과 조사 과정에서 외부자문단에 의해 논의된 의견 등을 확인하였다. 차세대발사체는 1.8톤의 착륙선을 달전이궤도에 올리기 위해 설계되어, 10년 동안 약 2조 원의 예산으로 개발되어 3회 발사를 수행할 예정이다. 예비타당성조사 보고서는 새로운 발사체의 위험성을 고려하여 발사 횟수를 2회에서 3회로 증가시키는 변경 후에 0.429의 비용편익을 추산하였다. 하지만, 2040년까지 차세대발사체를 활용할 수 있는 수요가 달탐사 임무뿐이라는 것은 개발기간 동안 지속적으로 고민되어야 할 내용이다.

최근 뉴 스페이스 시대를 맞이해 다양한 임무에 초소형위성을 활용하는 사례와 더불어 현지자원 활용을 고려한 우주탐사 임무에 관한 관심이 늘어나고 있다. 이에 따라 기존의 우주추진 방식에 친환경과 저전력 특성을 보강한 다양한 우주추진 기술에 대한 연구개발이 활발해지는 추세이다. 이와 관련해 본 논문에서는 우수한 성능 및 다양한 장점을 가진 물 추진제 기반 우주추진 기술의 개발 동향을 소개하고자 하였다. 이를 위해 물 추진제 기반 우주추진 기술의 방식, 주요 원리와 특징을 조사 및 분석하였다. 또한, 다양한 해외 연구개발 사례를 조사한 후 주요 성능을 종합 및 분석함으로써 개발 동향을 파악하였다.

항공기 배기가스 적외선 신호는 추신 시스템 중에서도 특히 배기 노즐의 특성과 밀접한 관계가 있다. 따라서 향후 자주적인 적외선 스텔스 기술 개발에 있어 다양한 배기 노즐에 따른 배기가스의 적외선 신호 특성 연구는 필수적으로 수행되어야 한다. 본 연구에서는 상용 프로그램 Star-CCM+을 통하여 원형 배기 노즐과 2D 배기 노즐의 배기가스 모델링을 수행하였고, 복사 열전달 해석 모델인 Narrow band 모델을 기반으로 다양한 조건에서 각 배기 노즐의 적외선 신호 특성을 수치 해석적으로 분석하였다.

고체연료 램제트 추진기술에 대하여 기술 선진국을 중심으로 발전 동향을 살펴보았다. 1940년대에 시작된 기초연구 및 체계로의 응용연구는 다양한 연료 및 연소기 형상으로부터 탄약이나 유도탄으로의 적용을 목적으로 괄목할만한 성과를 이루었다. 그러나, 국내의 연구는 이러한 기술 선진국의 광범위하고 적극적인 연구에 비교하여 제한된 범위에 머물러 있었고, 체계적으로 기초연구를 수행한 경험이 없다. 이에 기술 선진국의 개발 동향에 관한 연구단계와 범위를 개발 초기부터 현재까지 걸쳐 넓게 소개하였고, 여기에 우리의 연구 개발 현황을 비추어, 국내의 연구 방향에 대한 의견을 제시하였다.