하이브리드 로켓 연소실험

본문내용

제유입추이와 추력의 증가추세가 비슷하게 나타남을 확인할수 있다. 8초부근에서 질량유량이 갑자기 증가하는데 이것은
고체연료를 산화제와 반응시키기 위해 사용되는 부탄이 챔버입구에서 점화플러그에 의해 폭발적으로 반응을 일으켜 유량이 갑자기 증가하는 것으로 생각된다.
5. Gave와 regression rate graph
각 조의 regression rate를 구하고 Gave값을 MASS.TXT의 산화제 유량 값으로 구한 뒤 point를 찍고 curve fitting하여 의 식을 구하고 최종 실험식을 L/D 비에 대해 각각 찾아낸다.
처음
반지름(m)
나중반지름
(m)
후퇴율(mm/s)
산화제유량값(kg/s)
평균단면적
(m^2)
Gavg
()
0.01
0.011729098
0.172909781
0.015034235
0.000370829
40.54227
0.01
0.012087377
0.208737664
0.017704604
0.000383158
46.20703
0.01
0.012623719
0.262371889
0.02485068
0.000401992
61.81878
0.01
0.013103568
0.310356784
0.036359548
0.000419226
86.73023
0.01
0.013239803
0.323980315
0.039952975
0.000424184
94.18773
처음
반지름(m)
나중반지름
(m)
후퇴율
(mm/s)
산화제유량값(kg/s)
평균단면적
(m^2)
Gavg
()
0.0125
0.013994003
0.149400277
0.014541625
0.000551296
26.37715
0.0125
0.01425129
0.175128972
0.017338011
0.000562056
30.8475
0.0125
0.014626193
0.212619286
0.024759001
0.00057792
42.84159
0.0125
0.015209175
0.270917526
0.035679564
0.000603027
59.1674
0.0125
0.015372304
0.287230394
0.040302962
0.000610149
66.05434
※ = 950[kg/㎥]
※
※ =
※
Ⅰ) D = 20 (mm) 일 때,
오리진 프로그램을 이용하여 의 함수 표현을 이용 curve fitting을 하여 a,n을 얻었다.
∴ 에서 a=0.01552, n=0.07195의 값이 나왔다.
Ⅱ) D = 25 (mm) 일 때,
∴ 에서 a=0.01581, n=0.09308의 값이 나왔다.
-고체연료 직경변화에 따른 고체연료의 후퇴율 변화
()
D=20mm
()
D=25mm
후퇴율(mm/s)
후퇴율(mm/s)
40.54227
0.172909781
26.37715
0.149400277
46.20703
0.208737664
30.8475
0.175128972
61.81878
0.262371889
42.84159
0.212619286
86.73023
0.310356784
59.1674
0.270917526
94.18773
0.323980315
66.05434
0.287230394
를 통해서 두 결과를 한그래프에 플롯팅해서 비교해보면 알수 있듯이 고체연료의 직경이
커짐에 따라 연소면적이 증가함으로 동일한 유량에서 고체연료의 후퇴율은 감소한다.
또한 산화제의 유량이 증가함에 따라 후퇴율은 증가하지만 증가폭은 낮아진다.
6. Isp(비추력) 계산
: 1kgf = 9.81kgm/s2 (평균추력)
: 노즐을 통해 빠져나간(Oxidizer + Fuel mass)/combustion time
Oxidizer mass 는 mass.txt file 값을 사용함.
: 중력계수
(1) L = 225 ㎜ , D = 20 ㎜
추력 그래프를 바탕으로 하면 일정한 값이 출력되는 것이 아니라 출력값의 변동이 심하기 때문에 대략 10~20초 사이의 평균값을 읽어보면 약 1.47kgf의 값이 나타남을 알 수 있다. 그래서 추력값의 평균값을 약 1.47kgf로 계산하였다.
(2) L = 225 ㎜ , D = 25 ㎜
7. 각각의 L/D 비에 따른 연소특성 차이를 분석하라.
L/D
11.25
9
후퇴율
>
비추력
>
L값은 일정하므로 L/D비에 영향을 비치는 변수는 직경 D뿐이므로 D의변화에 따른 연소특성의 변화에 대하여 고찰하면 직경 D값이 증가함에 따라 연소면적이 넓어지므로 연료의 후퇴율이 감소한다.
비추력값은 로켓의 성능을 나타내는 것으로 하이브리드 로켓은 고체나 단발액체연료로켓보다
값이 크다(즉 성능효율이 좋다)
5. 결론 및 오차분석
- 실험측정시 생겼을수 있는 측정자,측정기기의 오차등 여러 가지 오차원인이 있을수 있으며
환경적요인 및 산화제의 유입상태와 연료의 균일함의 정도에 따라 발생했을수도 있다.
- 실험시 가정사항들로 인한 오차가 있을수 있다.(실제로 연소가 끝난 연료의 연소된 안쪽면의
모양은 균일하지 않고 출구쪽과 입구쪽의 내경이 서로 달랐지만 같다고 가정한 상태에서 계산을 진행했다)
- 추력과 유량그래프의 추세가 비슷한것을 통해 전체유량이 증가함에 따라 추력이 같이 증가함을 알수 있다.
- 다른조건이 동일할 때 직경이 작을수록 연소면적이 좁기 때문에 후퇴율이 높다.
- 시간에 따른 하이브리드 연소특성은 시간이 지남에 따라 고체연료 내부직경이 커지고 그로인해 연소면적이 증가해 후퇴율은 감소할것으로 예상되며 기체화되는 연료의 양도 늘어날것으로 생각된다.
6. 참고문헌
- 한국항공대학교 로케트 동아리 SRS 홈페이지
- 산화제 공급유량과 압력에 따른 하이브리드 로켓 연소 특성에 관한 실험적 연구
The Experimental Study on Combustion Characteristic of Hybrid Rocket Engine as Oxidizer
Supply Mass flow and Pressure - 유덕근 한국항공대학교 2004
- 스월인젝션 하이브리드 로켓 엔진의 스월러와 pre-chamber 변화에 따른 연료 후퇴율에 관한
연구
The Study on Regression Rate of Swirl Injection Hybrid Rocket -김수종 한국항공대학교 2004

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공학실험,   하이브리드,   로켓,   연소실험,   하이브리드연소,   실험