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

가스터빈 로터와 블레이드의 회전으로 입구에서 출구 방향으로 발생되는 유동이 고정체인 베인을 거치면서 진동을 유발한다. 로터의 회전과 베인의 개수와 그 차이는 블레이드의 진동을 유발하는 가진원이다. 공진 회피 설계는 가진원과 블레이드의 고유 진동수가 교차하지 않도록 질량과 강성을 조절하는 과정이며 일반적으로 공력성능 평가 후에 수행한다. 따라서, 공력성능 변화를 최소화 하면서 블레이드의 고유 진동수를 변화시킬 수 있는 설계 변수를 활용하며 가장 대표적인 것이 블레이드 단면의 두께 분포 비율이다. 본 연구에서는 블레이드의 스팬 방향으로 각 섹션마다 다양한 코드 길이에 대한 두께 비율을 가진 블레이드 형상에 대해서 정상상태 구조 및 진동해석을 수행하였다. 각 주요 진동 모드에 영향을 주는 코드 길이에 대한 두께 비의 영향도 분석을 위해 단계적 회귀 분석 방법을 적용하여 이것의 영향도를 분석하였고 각 주요 모드의 주파수 예측을 위한 선형 회귀식을 도출하여 공진 회피 설계에 적용하였다. 그리고 주요 모드 별로 회귀식을 활용한 공진 회피 설계와 모달 해석 결과의 주파수를 비교하여 본 연구에서 제안한 공진 회피 설계 결과를 검증하였다.

펄스 플라즈마 추력기는 전자기장을 기반으로 추력을 발생시키는 전기추력기로, 비교적 낮은 전력 범위에서 작동이 가능하고 구조가 간단하여 위성의 자세제어 또는 궤도천이에 활용된다. 최근 들어, 초소형 군집 위성, 우주 인터넷 등 다양화된 우주 임무와 저비용의 규격화된 큐브위성의 활용이 증가하고 있으며, 이를 위한 추진시스템으로 펄스 플라즈마 추력기가 활발하게 활용되고 있다. 본 논문에서는, 초기개발모델부터 현재의 큐브위성용 추력기에 이르기까지의 연구개발 동향을 연도와 소모전력으로 구분하였으며, 위성의 임무에 따라 활용현황을 정리하였다.

GDI 엔진은 연료 효율성과 엔진 출력 측면에서 우수한 성능을 보여 현대에 널리 사용되고 있는 내연기관이다. 그러나 GDI 엔진의 실린더 결함은 즉시 감지되지 않는 경우 엔진 성능을 저해하고 위험을 초래할 수 있다. 본 연구에서는 GDI 엔진에서 수집된 다변량 센서 데이터를 활용하여 실린더 결함을 실시간으로 감지하기 위한 트랜스포머 네트워크 기반 기법을 제안한다. 점화 코일과 캠샤프트, 캠샤프트 포지션 센서에서 수집된 신호를 활용, 셀프 어텐션 메커니즘을 통해 실린더 이상을 정확하게 식별하는 모델을 설계하였다. 실제 GDI 엔진 데이터 기반의 실험 결과, 1초 이내의 신호 훈련만으로도 결함 발생 시점으로부터 0.06초 이내에 이상을 탐지할 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 트랜스포머 네트워크를 활용한 실시간 엔진 모니터링을 통하여 GDI 엔진의 신뢰성을 제고할 수 있음을 시사하였다.

본 논문에서는 액체 로켓엔진에 사용할 수 있는, 전기모터로 구동되는 다목적 제어밸브의 설계 및 개발 결과를 소개하였다. New space 시대에서는 가볍고 발사 비용이 저렴한 발사체 개발이 핵심이다. 다목적 제어밸브는 유량 제어밸브와 개폐 밸브 기능을 모두 수행할 수 있어, 기존의 유량 제어밸브와 개폐 밸브를 하나의 밸브로 대체할 수 있으므로 차세대발사체의 엔진 무게 및 제작비용 절감에 큰 도움이 될 것이다.

한국형발사체 연료-유압식 추력벡터제어 구동장치시스템에는 일반 유압유가 아닌 케로신이 작동 유체로 사용된다. 시스템 지상시험을 위한 동력공급장비 운용에도 케로신이 사용됨에 따라 연료탱크에는 케로신이 장기간 보관되는 상황이 발생한다. 탱크 내 청정도를 관리하기 위하여 수분제거기 및 유압필터가 유체 순환라인에 배치되어 있다. 그러나 2024년 장비 유지보수 과정에서 연료탱크 바닥면과 벽면에 겔 형태의 슬러지가 퇴적되어 있는 것을 발견하였다. 해당 슬러지 샘플은 항공업계에 널리 알려진 Hydrocarbon Utilizing Micro-organisms(HUM)의 대사 부산물인 것으로 추정되었다. 본 논문에서는 해당 슬러지 샘플에 대한 미생물 검사 결과에 대해 기술한다. 일련의 검사 결과, 슬러지에는 케로신 곰팡이로 널리 알려진 Hormoconis resinae가 검출되었으며 미생물대사 부산물인 바이오 필름 성분도 포함된 것으로 판단된다. 최종적으로 연료 장기 보관 시 케로신 곰팡이 오염 문제를 예방하기 위한 방안을 몇 가지 제시하였다.

본 연구에서는 고체 추진기관 연소시험의 위험성을 정량적으로 평가하기 위해 안전거리를 산정하고 분석하였다. HD 1.3급에 대한 안전거리는 HD 1.1급에서의 안전거리에 비해 ILD는 최소 28%에서 최대 65%까지, PTRD와 IBD는 각각 61% 및 76% 더 짧은 것으로 나타났다. 해외 발사장 안전거리 기준인 D_max와 D_min은 HD 1.3급 및 1.1급에서의 안전거리에 비해 긴 거리에 형성됨을 확인하였다. 안전거리별 피해 수준은 HD 1.3급 및 1.1급의 모든 안전거리에서 시험인원의 사망 위험은 없었으나, 고막 파열의 가능성이 존재하였다. 반면, D_max 및 D_min에서는 시험인원이 부상 또는 사망하지 않은 것으로 나타났다. 또한, HD 1.3급 및 1.1급의 모든 안전거리와 D_min에서 시험시설의 유리창이 매우 취약한 것으로 확인되었다.

흡입구 시험모델의 준자유류(semi-freejet) 시험 수행을 위한 예비 설계 단계에서 CFD 해석을 통한 유동 안정성 분석이 수행되었다. 흡입구 덮개 형상을 고려한 폐쇄형 흡입구 시험모델, 지지대 형상, 설계 마하수 유동 구현을 위한 노즐과 후방 튜브형 디퓨저 시험부가 해석에 고려되었다. 해석 결과를 기반으로 노즐의 Mach Rhombus 내에 흡입구 영역이 포함되도록 노즐목 중심에서 노즐목 직경의 약1.72배(x축), 0.36배(z축) 위치에 시험모델 위치를 선정하였다. 시험모델 및 구조물의 간섭을 고려한 유동 분석이 수행되었고, 이를 통해 준자유류 시험 수행을 위한 예비 설계 검토가 수행되었다.