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고체로켓모터의 저속, 고입자농도의 2상 제트를 이용한 탄소/탄소 복합재료의 침식현상

전문가 제언: ○ 탄소/탄소 복합재료는 우수한 삭마특성 때문에 노즐 목 재료로 선호되고 있다. 로켓의 노즐 목은 추진기관의 압력과 추력에 직접적으로 영향을 주고 있기 때문에 연소시간 동안 그 형태를 유지하고 있어야 설계에서 원하는 압력과 추력을 얻게 되므로 삭마에 잘 견디고 형상의 변화가 적어야 함이 필수적이다.

○ 이러한 관점에서 추진기관의 노즐 중에서 가장 침식이 심하게 발생하는 노즐 목에는 그래파이트를 포함하여 탄소/탄소 복합재료가 내삭마성 때문에 많이 사용되나 이보다 삭마현상이 덜하다고 판단되는 노즐의 축소부위나 확대부에는 실리카페놀이나 카본페놀 등이 사용되고 있다. 물론 형상변화를 감수하여야 한다.

○ 그러나 일반적인 이러한 노즐에 대하여 장시간 연소와 방향전환 등에 필수적인 또 추진기관의 길이 관점에서 효율적으로 사용되기 시작한 내삽노즐의 경우에는 연소가스에 고체입자 등이 포함된 이상유체의 유동으로 삭마현상이 상대적으로 심하며 따라서 기존의 실리카나 카본 페놀의 내열재로는 부족한 성능을 나타내게 된다.

○ 이에 논문에서는 고체로켓모터를 이용하여 저속의 고농도입자가 포함된 이상유체를 탄소/탄소 복합재료에 사용하여 그 삭마특성을 조사한 바, 화학적 삭마현상보다는 기계적 침식의 영향이 큰 것을 확인하고 특성을 살려 필요부위에 알맞은 탄소/탄소 복합재료의 선택을 발표하였다.

○ 우리나라에서는 탄소/탄소복합재료의 우수성을 고려하여 일부 노즐 목에 사용되고 있으며 고속 비행기브레이크 디스크에도 적용하고 있으나 내삽노즐을 포함한 장기간 열 노출이 포함되는 저속의 고농도입자가 포함된 유체영역에서는 아직 고려되지 않는 형편이다. 형상유지 고려와 함께 선택의 필요성이 있고 자체적인 실험 또한 병행되어야 할 것이다.

저자: Qiang Li et al
자료유형: 니즈학술정보