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연소속도 연구 연소율 조절제와 칼륨으로 도핑한 AP

전문가 제언: ○ 고체 로켓 추진제기관 연구 주제의 대표적인 것은 연소 속도에 관한 것인데, 이는 연소 속도가 추진기관 추력과 직결되는 중요한 인자이기 때문이다. 즉 효율적인 추진제는 비추력이 크고, 연소율도 빠르며, 압력지수도 수평형인 추진제, 다시 표현하여 압력에 따라 추진제 연소 속도의 변화가 그리 크지 않은 추진제로의 연구개발이 진행되고 있다. 또 큰 추진력을 내려면 같은 조건에서는 연소 속도가 빠를수록 유리하므로 이왕이면 연소 속도를 높이려는 연구개발이 계속되어 왔다
○ 기본적으로 연소 속도는 비추력을 높여주는 금속 분말을 사용하여 비추력의 증가와 함께 속도의 증가를 시도하였으며, 대표적으로 알루미늄 분말의 사용과 함께, 세슘, 보론, 니켈, 마그네슘, 철분 등이 사용되어 왔다. 순전히 연소 속도 조절만을 목표하는 금속 성분으로는 , , 등이 적용되었다.

○ Kumar Ishitha 등은 칼륨이 도핑된 AP를 사용하면 연소속도가 증가된다는 사실에 더 나아가 이 연소속도의 증가를 조절할 수 있는 방안을 고려한 결과를 발표하고 있다. 건 활성화 목탄과 아크롬산염 구리를 연소율 조절제로 사용하면 연소율 압력지수 값이 적어져 바람직한 결과를 얻었으며, 또 아크롬산염 구리와 칼륨이 도핑된 AP는 이 두 첨가제의 효과가 직렬적으로 나타나고 있음을 보이고 있다.

○ 기본적으로 이러한 효과들은 AP의 열분해와 관계되는 것으로 AP의 열분해를 촉진 시키는 차원의 연구도 진행되어 오고 있다. 금속 첨가물에 대하여 마이크로 크기에서 나노 크기의 분말들이 가지는 효과를 비교 검토하여 나노사이즈가 더 효과적임을 제시하기도 하였으며, Li 등은 이들의 촉매 활동은 나노산화철, 나노알루미늄, 마이크로보론의 순서로 나타나고 있는 것을 포함하여 AP의 열분해에 나노산화철이 지배적인 역할을 하고 있음을 밝힌 바 있다. 연소속도에 관한 이러한 연구들을 우리의 추진제 성능 개발에도 참조할 필요가 있다고 판단된다.