일반기술

고체 로켓노즐의 탄소계 내열재 1차원 열반응 해석 기술

추진제 연소가스와 내열재 간의 열반응에 대한 카이네틱 모드와 확산 모드를 동시에 고려하는 삭마관계식을 이용하여 내열재의 삭마율을 계산하며, 페놀수지 열분해에 대해 Arrhenius 형태의 질량변화율 관계식과 내열재의 에너지 방정식을 이용하여 연소시간별 숯깊이, 온도와 밀도 변화를 계산함본 수치해석에서 삭마 모델링은 유효 삭마열과 유효온도 개념의 상변화 모델이나 복잡한 다수의 물질전달 방정식 대신에 카이네틱 모드와 확산 모드를 동시에 고려하는 화학반응 삭마 관계식을, 재료 내부에서 페놀수지 열분해는 Arrhenius 형태의 1차원 질량변화율 관계식을 적용하였으며, 이들 관계식에 포함되는 각종 열반응 상수들은 실험으로 측정한 값을 사용함으로써 실제 연소시험결과와 유사한 삭마두께 및 숯깊이를 예측할 수 있음.로켓노즐의 최적(경량화) 설계를 위해서는 내열재의 삭마두께, 숯깊이, 온도와 같은 내열성능의 정확한 예측이 수반되어야 하지만 다수의 축소형이나 실기형 모타 연소시험으로 내열성능을 대신 평가하기에는 많은 비용과 시간이 소모된다. 따라서 수많은 로켓 모타의 연소시험을 통해 그 성능이 검증된 본 열반응 해석 기술(프로그램)을 활용하여 노즐 제작 전에 다양한 내열재 형상에 대해 내열 성능을 예측함으로써, 노즐 개발에 소요되는 시간과 비용을 상당히 절감할 수 있을 것으로 기대된다.