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사전 혼합된 메탄/공기 혼합물 화염 내 붕소 입자 연소

전문가 제언: ○ 보론은 중량당 또는 체적당 높은 열량을 가지고 있어 추진기관의 연료로 부상하고 있으며, 특히 고속 비행 시 흡입되는 공기를 산소 원으로 이용하는 램제트 추진이나 덕티드 추진 시스템에 이미 적용되고 있다. 그러나 이와 같이 좋은 연료인 보론은 표면에 액체 산화 보론 층이 형성 되어 있어, 이것이 이차적인 연소를 방해하는 역할을 하는 것으로 많은 연구 결과와 모델이 발표된 바 있다.

○ Macek와 Semple은 1 기압, 2200-2900 K 온도 사이에서 습(wet), 건(dry) 화염의 연소 시간을 측정하였고, Gurevich 등은 플라즈마 발생기로 결정체와 무정형 보론의 점화와 연소 연구를 통하여 입자 크기가 증가함에 따라 점화 온도가 감소함을 알아냈다. 또 보론 점화에 대한 동력학적(kinetic)모델도 두 카테고리로 나눌 수 있는데, 하나는 반실험적(semiempirical) 모델로 King, Yeh and Kuo, Li and Williams, Ulas et al. 등의 연구가 대표적이고, 다른 하나는 복잡한 화학 메커니즘 모델로 Princeton-Aerodynamic research 그룹의 연구 모델이 있다.

○ 최근에는 중국에서 보론에 관한 연구 결과가 많아 발표되고 있는 것이 눈에 띤다. 1기압에서 10기압까지의 보론 연소, 보론 연소에 대한 마그네슘 효과 등을 예로 들 수 있으며, 미국, 프랑스, 독일, 이스라엘을 포함한 세계의 여러 나라가 관심을 가지고 연구 개발하고 있다. Jan Veith 등은 논문에서 보론입자 크기와 구형도를 기준으로 실험결과와 수치모델을 비교하여 예측 모델의 사용 타당성을 보여주고 있다.

○ 우리나라는 현재 고체 램제트나 덕티드 로켓은 기초 연구 단계를 벗어나지 못하고 있는 상황으로도 앞으로의 추진시스템을 고려할 때, 보론에 대한 활발한 연구 개발이 필요할 것으로 예상되며, 보론 자체 연구는 물론 연소 모델의 이해와 해석 그리고 보론이나 보론 화합물이 포함된 추진제 연료로서의 연구 개발이 필요한 때로 판단된다.

저자: Jan Veith and Michael Pfitzner
자료유형: 니즈학술정보