친환경 단일추진제 촉매분해 모델링을 이용한 추력기 촉매대 설계 최적화

Abstract

현재 친환경 추진제로 연구가 활발히 진행되고 있는 과산화수소는 촉매분해를 통해 다양한 종류의 추력기에 활용될 수 있다. 촉매대의 최적화 된 설계를 위하여 본 연구에서는 모델링을 활용하였다. 기존에 연구된 모델을 사용하여 촉매대 내부의 과산화수소 촉매분해반응을 모델링 하였으며, 이를 이용하여 온도 및 압력, 화학종 농도 등의 물성치와 파라미터 등을 1차원 분포로 예측할 수 있었다. 모델을 검증하기 위해 $MnO_2+PbO/Al_2O_3$ 촉매를 사용한 100 N 급 과산화수소 단일추진제 추력기를 사용하였으며 다양한 설계조건에 대해 실험을 진행하였다. 실험결과를 모델의 예측결과와 비교하였으며 모델이 온도 분포는 잘 예측하였지만 압력강하량 예측은 오차가 다소 발생함을 확인하였다. 이후 검증된 조건 내에서 모델을 계산하여 촉매대의 최적화를 진행하였다. 다양한 조건에서의 Catalyst Capacity와 압력강하량을 예측하였으며, 이를 분석하여 최적화된 설계 제원을 제시할 수 있었다. 제시된 Catalyst Capacity 값과 압력강하량 예측 상수를 사용하여 간편하게 최적화된 촉매대를 설계할 수 있을 것이다.