세라믹 돔 포트 커버의 衝擊特性硏究 = A Study on the Impact Characteristic of Ceramic Dome Port Cover

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The dome port cover of ramjet engine is used to seal off the ram air inlet during booster operation. When the ramjet engine transitions to ramjet operation phase, the port cover is fragmented by ram pressure. Recently, the dome port cover is made in MACOR glass-filled ceramic that has the high heat resistance and the high strength in compression as well as the low density. The ceramic dome port cover have advantage of high strength and characteristic that is broken to fragmentunder impact.
In this study, static analysis on the dome with various shapes is carried out under external pressure loading. The six type of dome that are satisfied compressive and tensile strength of ceramic is chose by results of static analysis. The six type of dome are preformed the fracture behavior analysis. The fracture behavior analysis of ceramic dome port cover under shock pressure is performed by the finite element method with nonlinear code LS-Dyna. The material properties of simulation are applied with experimental result of material test for MACOR glass-filled ceramic. The impact analysis is carried out for six type dome models with various thicknesses, curvature, impact pulse and impact pressure. The fracture stress, hoop stress and fracture mode of dome discussed.
The major conclusions from this study are as follows;
1) The tori-spherical dome has excellent property for maximum tensile stress reduction than spherical dome under external pressure.
2) Important design variable that is decided the fracture time of dome is curvature radius and thickness of dome.
3) The hoop stress distribution of dome is appeared to differ according to impact pulse. According to change of impact pressure, hoop stress distribution of dome is happened equally.
4) Tori-spherical dome (R/D=1, r/D=0.188, t/D=0.05) is the most satisfactory design condition of dome port cover among domes.
5) The results of study are useful to evaluate the reliability and safety of dome port cover of ramjet engine.

국문 초록 (Abstract)

본 논문의 제 1 장에서는 램제트 엔진 돔 포트 커버 연구의 필요성과 목적 그리고 연구동향에 대하여 기술하였다. 제 2 장에서는 램제트 엔진의 작동 원리 및 개념 그리고 연구에 사용된 돔의 형상식 및 파괴해석에 관련된 이론에 대하여 기술하였다. 제 3 장에서는 돔 포트 커버의 해석 모델 및 글라스 세라믹의 재료 특성을 기술하였다. 제 4 장과 5 장에서는 외압을 받는 돔 포트 커버에 대한 수치해석적인 결과를 기술하였다. 먼저, 정적구조해석을 수행하여 구형돔과 토리-구형 돔에 외압을 받을 때 발생되는 최대 주응력과 최소 주응력을 고찰하였으며 돔 포트 커버의 설계기준을 만족하는 돔형상을 제시하였다. 이어서, 돔 포트 커버의 정적하중하의 설계기준을 만족하는 6 개 돔을 선정하여 충격파괴거동 해석을 수행하였다. 해석의 변수로써 돔의 형상, 구형 반경비, 곡률 천이부 반경비, 두께, 충격펄스 그리고 충격압력을 적용하여 여러 가지 상황에서 최적의 돔 포트 커버의 형상을 제시하고, 또한, 돔 포트 커버를 파괴하기 위한 최적의 충격펄스 및 충격압력을 제시하였다. 제 6 장은 결론으로 본 연구를 통해 얻어진 결과들에 대하여 종합하여 제시하였다.
본 논문은 향후에 개발이 예상되는 램제트 엔진의 포터 커버의 세부설계 및 개발을 위한 기초자료로 이용 될 것이며 실제 실험을 위해 세라믹 돔 포트 커버의 시편 제작에 있어 참고자료로 사용하는데 그 목적이 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구의 필요성 1
• 1.2 연구동향 3
• 1.3 연구목적 및 내용 5
• Ⅱ. 관련이론 7
• 2.1 램제트 엔진 작동 원리 및 개념 7
• 2.2 토리-구형돔의 형상방정식 9
• 2.3 파괴 구성식 11
• 2.4 돔 포트 커버의 설계 요구조건 13
• Ⅲ. 돔 포트 커버의 해석모델 및 재료특성 14
• 3.1 돔 포트 커버의 구조형상 및 해석모델 14
• 3.2 돔 포트 커버의 재료특성 17
• Ⅳ. 외압을 받는 돔 포트 커버의 정적구조해석 및 고찰 19
• 4.1 정적구조해석의 유한요소모델 및 해석방법 19
• 4.2 구형 돔의 정적구조해석 및 고찰 21
• 4.3 토리-구형 돔의 정적구조해석 및 고찰 26
• Ⅴ. 돔 포트 커버의 충격파괴거동 해석 및 고찰 33
• 5.1 충격파괴거동 해석 모델 33
• 5.2 충격파괴거동 해석의 유한요소 모델 및 해석방법 34
• 5.3 돔 형상에 따른 충격파괴거동 해석 및 고찰 39
• 5.4 구형 반경비(R/D)에 따른 충격파괴거동 해석 및 고찰 44
• 5.5 곡률 천이부 반경비(r/D)에 따른 충격파괴거동 해석 및 고찰 47
• 5.6 두께에 따른 충격파괴거동 해석 및 고찰 51
• 5.7 충격펄스에 따른 충격파괴거동 해석 및 고찰 54
• 5.8 충격압력 크기에 따른 충격파괴거동 해석 및 고찰 58
• Ⅵ. 결론 61
• 참고문헌 62
• ABSTRACT 66