고체로켓모터 노즐의 열분해와 삭마를 고려한 열해석 및 검증

초록

고체 로켓 모터는 고온의 연소가스가 노즐을 통해 분출되어 추력이 발생한다. 고온의 연소가스로부터 구조체를 보호하기 위해 내열 설계가 필요하고 이를 위해 복합재와 그라파이트를 이용한다. 고온에서 복합재 내 수지의 열분해로 인해 가스가 생성되며 노즐 내벽을 통해 분출하며 연소가스로부터 열을막아준다. 표면은 연소가스에 의해 삭마가 발생하여 노즐의 면적변화로 이어져 로켓의 성능에 영향을미친다. 따라서 이러한 현상을 예측하기 위해 본 논문에서는 노즐 유동과 대류 열전달량은 등엔트로픽관계를 통해 도출하였으며, 비선형의 열전도, 열분해 가스의 유동을 Gauss-Newton법을 이용하여 계산하였다. 해석과 실험을 통해 비교한 결과, 온도와 삭마율은 유사하였다.