[항공기관기술사 제140회 2교시 5번]

2교시 5번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

다음 그림은 고체로켓모터의 단면 연소형(end-burning) 및 내부 연소형 원형 포트(internal-burning, circular-port) 추진제 그레인을 나타낸 것이다. 아래 2가지 사항을 설명하시오.

두 추진제 그레인의 구조, 연소 진행방향 및 연소면적의 변화 특성을 비교하여 설명하시오.
두 추진제 그레인의 이상적인 추력-시간(thrust-time) 선도를 그리고, Neutral과 Progressive 연소특성을 구분하여, 이러한 차이가 발생하는 이유를 설명하시오.

항공기관기술사 2교시 5번 그림 1

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답안 구조

고체로켓모터 그레인 형상의 개요
단면 연소형 및 내부 연소형 그레인의 특성 비교
두 그레인의 이상적인 추력-시간(F-t) 선도
Neutral 및 Progressive 연소특성과 발생 원인
결론

용어 정의

그레인 (Grain): 고체로켓모터 내부에 충전되어 실제 연소가 일어나는 고체 추진제의 고유한 형상 및 덩어리
연소면적 (Burning Area): 고체 추진제 그레인에서 점화되어 타들어가는 표면의 전체 면적. 발생 가스량 및 추력과 직결되는 변수
Neutral 연소 (중립성 연소): 시간이 경과하고 연소가 진행되어도 연소면적이 일정하게 유지되어 추력 및 연소실 압력이 균일한 연소 특성
Progressive 연소 (점증성 연소): 연소가 진행됨에 따라 연소면적이 지속적으로 증가하여 추력 및 연소실 압력 곡선이 우상향하는 연소 특성

핵심 내용

1)

단면 연소형 구조: 케이스 내부에 공간 없이 충전된 원통형 솔리드 구조
단면 연소형 연소 진행방향: 노즐 측 단면에서 헤드 측으로 진행되는 축방향(Axial) 연소
단면 연소형 연소면적 변화: 원통 단면적과 동일하며 연소 중 면적 불변
내부 연소형 구조: 중심축을 따라 원형 빈 공간(Port)이 뚫린 중공 원통형 구조
내부 연소형 연소 진행방향: 중심 포트 표면에서 바깥쪽으로 진행되는 반경방향(Radial) 연소
내부 연소형 연소면적 변화: 연소 진행에 따라 내경이 팽창하여 연소면적이 지속 증가

공식: $A_{b1} = \frac{\pi}{4} D^2 = const$ , $A_{b2} = \pi d(t) L$

2)

단면 연소형 추력-시간 선도: 시간에 따라 추력이 일정한 수평 직선 형태
단면 연소형 연소특성(Neutral): 일정한 연소면적으로 인한 균일한 가스 발생 및 중립적 추력
내부 연소형 추력-시간 선도: 시간에 따라 추력이 상승하는 기울기를 가진 우상향 직선 형태
내부 연소형 연소특성(Progressive): 연소면적 확장에 따른 가스 발생량 증가 및 점증적 추력
차이 발생 원인: 초기 기하형상에 따른 표면 후퇴(Surface regression) 양상의 기하학적 차이
추력 지배 요인: 연소실 압력과 추력은 순간적인 연소면적의 크기에 정비례함

공식: $F \propto P_c$ , $P_c \propto \frac{A_b}{A_t}$

AI 작성 답안 개요 · 검수 전 · 채점기준과 기준답안은 공개되지 않습니다. 참고용 개요입니다.

출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)

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