[공학실험]하이브리드 로켓 추진 실험 예비 결과 레포트
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소개글

[공학실험]하이브리드 로켓 추진 실험 예비 결과 레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적

2. 하이브리드 로켓추진 개요
가. 로켓의 작동원리
나. 로켓의 종류
다. 화학 로켓 추진방식
라. 하이브리드 추진 개요

3. 실험 장치
가. 연소기
나. 점화장치
다. 실험장치 제어 및 데이터 획득

4. 실험 방법
가. 로드셀 Calibration
나. 점화장치 (Ignition) 제작
다. 하이브리드 로켓 연소 실험

5. 실험결과
1) LoadCell Calibration
2) Trust Graph
3) Pressure Graph
4) Oxidizer Mass flow rate
5) G and Regression rate
6) 비추력

6. 고찰 및 결과분석

본문내용

2} )# V _{2} = {pi L} over {4} (D ^{2} -d _{f} ^{2} )
THEREFORE ` DELTA `V= {pi L} over {4} (d _{f} ^{2} -d _{i} ^{2} )= rho DELTA m
`d _{f} = sqrt {rho DELTA m {4} over {pi L} +d ^{2 _{i}}}
Therefore` dot{r} = {d _{i} -d _{f}} over {10sec}
Straight
Swirl
DELTA `m(g)
dot{r}(mm/sec)
DELTA `m(g)
dot{r}(mm/sec)
1
18.31
-3.69123E-07
25.26
-5.09232E-07
2
28.91
-5.82815E-07
37.51
-7.56187E-07
3
37.08
-7.47519E-07
48.52
-9.78145E-07
4
51.91
-1.04649E-06
68.12
-1.37327E-06
5
44.12
-8.89442E-07
57.91
-1.16744E-06
후퇴율은 Swirl 방식에서 보다 높게 측정되었다. 후퇴율이 높다는것은 연료의 소모율이 더 높음을 의미하며, Swril 방식에 Straight 방식에 비해 연료의 소모량, 즉, 추력의 발생이 더 큼을 의미한다. 하지만 동일한 G 값에 대한 후퇴율이 아니라, Swirl 방식에서의 G 값이 전반적으로 낮다.(각 데이터의 순서는 실험의 순서와 일치한다.) 이 때문에 실제 실험결과에서는 Swirl 방식의 추력이 낮게 측정된 것으로 판단된다.
Swirl 방식과 Straight 방식에 있어서 G와 Regression rate의 관계를 식으로 표현하면 다음과 같다.
dot{r}=2.7936times10 ^{-8} G _{0} ^{0.78052}
dot{r}=2.138times10 ^{-8} G _{0} ^{0.74968}
Straight 와 Swirl 방식에 대해 각각 위의 식을 얻었다.
6) 비추력
I_sp = {F}over{dot m g_0}={kg cdot m/s^2 }over{(kg/s)(m/s^2 )}= sec
F
: 1kgf = 9.81kg·m/s2 (평균추력)
dot m
: 노즐을 통해 빠져나간 (Oxidizer + Fuel mass flow rate) / combustion time
g_0
: 중력계수
6)-1 Straight Injection
평균추력은 10~20초 사이의 연소구간 내에서 측정하였으며 약 2.4kgf로 나타났다.
Total Oxidizer mass : 0.132490281089480kg
Total Fuel mass : 28.91g=0.02891kg
dot{m}=0.016140028kg/sec
I _{sp} = {2.4 TIMES 9.81} over {0.016140028 TIMES 9.81} =99.132sec
6)-2 Swirl Injection
평균추력은 10~20초 사이의 연소구간 내에서 측정하였으며 약 1.6kgf로 나타났다.
Total Oxidizer mass : 0.120787680597185kg
Total Fuel mass : 37.51g=0.03751kg
dot{m} =0.01583kg/sec
I _{sp} = {1.6 TIMES 9.81} over {0.01583 TIMES 9.81} =101.074sec
6. 고찰 및 결과분석
쉽게 접하기 어려운 로켓 추진실험이어서 매우 흥미로웠다. 실제로 다이아몬드 형태의 충격파가 발생하는것을 눈으로 확인할 수 있었고, 우습게 생각했던 PE 덩어리로 실제 추진이 되는 모습도 놀라웠다. 하이브리드 로켓이라는 이름만 듣고 실험에 참가했지만, 액체로켓과 고체로켓의 장단점, 그리고 그것을 보완하는 하이브리드 로켓의 원리를 듣고보니 실제로 로켓을 제작한 선배들이 존경스럽다.
하지만 아쉽게도 실제 실험에 참가하는 부분이 거의 없어서(질량의 측정만 유일하게 손을 거쳤다) 매우 아쉬웠다. 컴퓨터를 사용하여 로켓을 컨트롤하고, 데이터를 얻는 모습은 사실 매우 놀라웠다. 당연하다고 생각은 하고 있었지만, 실제로 그렇게 작동되는것은 처음 보았기 때문일 것이다.
실험은 크게 Straight Injection과 Swirl Injection의 두 가지로 나뉘어 진행되었는데, 이론적 예측결과와 실험적 결과가 다르게 나타나 조금은 당황스러웠다. 이론적으로 Swirl Injection 방식이 Straight Injection 방식에 비해 높은 추력과 후퇴율을 보여주었어야 하나, 실제로 두 실험결과를 한 그래프에 그렸을 때 Straight Injection 방식이 더 높은 추력을 나타내었다.
Swirl Injection 방식을 통해 같은 양의 산화제를 더 효율적으로 고체연료에 분사하는 것이 요점인데, 실험결과의 분석으로는, Swirl Injecetor의 장착으로 인해 산화제의 흐름이 방해받는 것으로 보였다. 동일한 산화제 압력으로 실험하였으나, Swril Injection 방식에서 산화제의 총 공급량이 Staight Injection 방식에 비해 적었으며, Pipe Pressure 가 높게 그리고 Pre-Chamber Pressure 가 낮게 나타났는데, 이것은 Swirl의 발생을 위해 장착한 Swirller가 산화제의 원활한 흐름을 방해하였다고 볼 수 있을것이다.
후퇴율 그래프에서는 Swirl Injection 방식이 Straight Injection 방식에 비해 높은 후퇴율을 보임을 알 수 있는데, 그래프를 보면 동일한 G 값이 아닌 약간 낮은 G값으로 측정되었다. 이론과 달리 실제로 Swirl Injection 방식에서 Straight Injection 방식보다 낮은 추력을 나타낸 이유라고 생각된다.(Swirller로 인한 산화제 유동의 방해가 요인으로 여겨진다.) 흐름을 Swirl로 전환하면서도 흐름에 방해를 최소한으로 하는 Swriller(Swril Injector)였다면 동일한 산화제 유량에서 더 높은 추력을 낼 수 있을것으로 생각한다.
아마도 교수님 말씀대로 학부과정에서 로켓 추진실험을 한다는 것은 다른곳에서는 엄두도 내지 못하는 일일 것이다. 그 동안 해왔던 실험중에서 가장 항공대 답고 인상깊은 실험이었다.

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  • 등록일2008.12.06
  • 저작시기2005.11
  • 파일형식한글(hwp)
  • 자료번호#501801
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