KR20020052157A

KR20020052157A - Electrical Resistor In oxidizing Air ignition Device

Info

Publication number: KR20020052157A
Application number: KR1020020032103A
Authority: KR
Inventors: 오재영
Original assignee: (주) 스페이스 리서치
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2002-07-02

Abstract

PURPOSE: An electric resistance ignition apparatus using the oxidizing environment is provided to perform the sufficient preheating and uniform ignition at the broad surface, thereby obtaining the stability of the combustion. CONSTITUTION: An oxidizing environment is formed at the circumference of the fuel surface using oxide or oxidizing gas. After forming the oxidizing environment, ignition flame is induced using the resistance heat of an electrical resistance wire in an ignition apparatus(3) positioned within the oxidizing environment. The electric resistance ignition apparatus using the oxidizing environment is heated and ignited with the electric resistance. Thus, the surface preheating and uniform ignition at the broad surface is obtained.

Description

Electrical Resistor In oxidizing Air ignition Device

본 발명은 연소 표면 주위에 산화 환경을 조성한뒤에 전기적 발열을 이용하여 전 표면에 고른 점화를 유도하는 장치로서 특히 큰 표면적 및 복잡한 형상을 가지는 연료의 점화에 유용성을 가지게 된다. 이러한 특성이 요구되는 대표적인 분야로서 제 1 실시예처럼 로켓을 들 수 있다. 로켓에서는 복잡한 형상과 넓은 표면이 특징인 추진연료를 사용하게 되는데 정확한 추진력을 내기 위해서는 빠른 시간내에 일괄적으로 전체 연소표면을 점화시키는 것이 매우 중요한 조건이다. 이러한 어려운 조건이 요구되는 이유는 로켓의 추력을 발생시키기 위해서는 연료의 대량 연소와 이 고온 고압의 연소개스가 노즐을 통하여 고속 분사되어야만 하기 때문이다.The present invention is particularly useful for ignition of fuel having a large surface area and a complex shape as an apparatus for inducing even ignition of the entire surface by using electrical heat generation after creating an oxidizing environment around the combustion surface. As a representative field where such a characteristic is required, a rocket may be mentioned as in the first embodiment. In rockets, the propulsion fuel is characterized by complex shapes and large surfaces. It is very important to ignite the entire combustion surface in a short time to ensure accurate propulsion. This difficult condition is required because a large amount of fuel combustion and this high temperature and high pressure combustion gas must be injected at high speed through the nozzle to generate thrust of the rocket.

만약 일부분이 점화가 되지 않거나 화염의 전파 속도가 느릴 경우 당연히 연소가스의 절대량과 온도·압력이 설계치보다 낮으므로 추력은 저하된다. 이러한 불균일한 연소가 확대될 경우 연소표면의 이상 변형으로 미리 계산된 연소 표면 보다 적어지거나 많아져 로켓의 성능에 치명적인 영향을 주게 되고 결국에는 엉뚱한 방향으로 비행한다거나 추락하는 등의 매우 위험한 상황으로 진행 될 가능성이 커지게 된다.If the part is not ignited or the flame propagation rate is slow, the thrust is lowered because the absolute amount of combustion gas, temperature and pressure are lower than the designed value. If this nonuniform combustion is enlarged, the abnormal deformation of the combustion surface will result in less or more than the precomputed combustion surface, which will have a fatal effect on the performance of the rocket and eventually lead to a very dangerous situation such as flying or falling in the wrong direction. The chances are great.

이를 토대로 요구조건을 정리하면 형상에 관계없이 전체 표면적에 균일한 동시 점화가 가능하며 신뢰성 및 경제성 그리고 유지 보수와 점검등 취급이 간편해야한다는 점등이다.Based on this, the requirements are summarized to enable simultaneous simultaneous ignition of the entire surface area regardless of the shape, reliability and economy, and easy maintenance and inspection.

그러나 기존의 점화방법으로는 로켓 연소실내에 작은 화약연료를 먼저 점화시켜 연소하면서 발생한 고온, 고압의 연소가스로 전체 연료에 점화를 유도하는 방식이 제일 많이 이용되고 있으나 정확히 표현해서 "조금 천천히 터지는 폭탄"인 이러한 물질은 그 위험성으로 인해 엄격한 규제를 받고 있으며 취급상에 매우 높은 주의가 필요하게 된다. 이들은 전기로 작동되는 뇌관을 사용하는 경우가 많은데 정전기나 전기적 잡음에 민감하게 반응하므로 이를 피하기 위하여 복잡하고 다양한장비와 절차를 받드시 준수해야만 사고를 피할 수 있다. 더구나 가장 중요한 신뢰성을 만족시키기 위한 사전 검사는 실제 연소 시켜야만 검증이 가능한 원리상 원천적으로 불가능함으로서 언제나 신뢰성의 문제를 가지는 치명적인 단점이 있다. 또한 만약 점화에 실패한 경우 모든 폭약이 가지는 문제로서 과연 불발인가 혹은 혹시 시간을 지체한 지연 점화인가 매우 판단이 어려우며 이로인해 상황을 유동적으로 만들게되므로 후속 조치를 취하는데 어려움과 동시에 사고의 위험성을 감수해야만 한다.However, the conventional ignition method is the most commonly used method of inducing ignition of the entire fuel with high-temperature, high-pressure combustion gas generated by igniting a small powdered fuel in the rocket combustion chamber first. "These substances are strictly regulated due to their risk and require very high care in handling." They often use electric powered primers, which are sensitive to static electricity or electrical noise, so complex and diverse equipment and procedures must be followed to avoid accidents. Moreover, the preliminary inspection to satisfy the most important reliability has a fatal drawback that there is always a problem of reliability since it is impossible in principle to be verified by actual combustion. Also, if the ignition fails, all explosives are a problem, whether it is unintentional or delayed ignition that delays time, and it is very difficult to judge, which makes the situation fluid. Therefore, it is difficult to take follow-up measures and risk the accident. do.

추가적으로 이러한 위험한 폭발 물질은 정부기관의 엄격한 관리하에 있으며 대부분이 군수용으로서 그 입수와 관리에 어려움이 따르며 당연히 가격등의 경제성은 고려조차 되지 못하고 있는 실정이다.In addition, these dangerous explosives are under strict control of government agencies, and most of them are for military use, which is difficult to obtain and manage, and of course, economics such as prices are not considered.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 연료 표면 주위에 산화성 환경을 조성한 뒤에 저항선의 전기적 발열을 이용하여 전 표면에 고른 점화를 유도하는데 있으며 특히 로켓 연료와 같은 복잡하고 넓은 연료 표면 전체에 일괄적이고 신속한 점화를 유도함으로서 시스템의 불안정 요소를 제거하고 적은 손실로서 효율적인 추력 발생이 되도록 하는데 있다. 또한 완전 비활성의 둔감한 점화용 연료를 이용 안전성을 확보하며 작동여부를 간단한 사전 검사를 실시함으로서 전체 시스템의 신뢰성을 확보 할 수 있는 반복 검증이 가능한 점화 시스템을 제시하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to create an oxidative environment around the fuel surface and to induce even ignition on the entire surface by using the electrical heating of the resistance wire, especially complex and rocket fuel By integrating fast and ignition across a large fuel surface, it eliminates system instability and allows for efficient thrust generation with little loss. In addition, it proposes an ignition system that can be repeatedly verified to ensure the reliability of the entire system by ensuring the safety of the inert ignition fuel, which is completely inert, and performing simple preliminary checks on its operation.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 점화 장치가 부착된 하이브리드 로켓 연소실의 전체도1 is an overall view of a hybrid rocket combustion chamber with an ignition device according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 사용되는 산소 공급라인과 점화 장치2 is an oxygen supply line and an ignition device used in FIG.

도 3은 도 2에 부착되는 점화 장치의 상세도3 is a detailed view of the ignition device attached to FIG.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1 : 하이브리드 로켓 연소실 2 : 산소 공급라인1: hybrid rocket combustion chamber 2: oxygen supply line

3 : 전기점화장치 4 : 사전 혼합챔버3: electric ignition device 4: pre-mix chamber

5 : 노즐 6 : 연료5: nozzle 6: fuel

7 : 피복 전선 8 : 저항선7: shielded wire 8: resistance wire

상기의 목적을 달성하기 위하여 연소 표면에 고압의 산소 및 기타의 산화성 기체로 높은 산화 환경을 조성한뒤에 저항선으로 구성된 점화 장치에 전원을 공급하여 저항선이 발열, 발화 되면서 연료의 발화를 일으키도록 하는 구성을 가지고 있으며 본 발명의 바람직한 실시예 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하면 다음과 같다.In order to achieve the above object, after the high oxidizing environment is formed with high pressure oxygen and other oxidizing gases on the combustion surface, power is supplied to the ignition device composed of resistance wires so that the resistance wires generate heat and ignite, causing the fuel to ignite. Having a preferred embodiment of the present invention with reference to the drawings in detail as follows.

도 1의 경우 제 1 실시예에 따른 점화 준비중인 하이브리드 로켓의 연소실를 도시한 것으로 하이브리드 로켓 연소실(1)과 연료(6)안에 삽입된 산소 공급 라인(2)과 그 끝 부분에 부착된 전기 저항 점화 장치(3)로서 전체 시스템이 구성되게 된다.1 shows a combustion chamber of a hybrid rocket preparing to ignite according to the first embodiment, and an oxygen resistance line 2 inserted into the hybrid rocket combustion chamber 1 and fuel 6 and an electric resistance ignition attached to an end thereof. As the device 3, the whole system is configured.

도 2의 산소 공급 라인(2)은 긴 파이프 형상으로서 연소실의 노즐 부위에서 안으로 넣어져 연소실의 사전혼합 챔버(4)에 그 끝이 위치하게 되는데 이는 하이브리드 로켓의 특성상 연소의 방향이 이 혼합챔버에서 노즐(5) 쪽으로 진행되기 때문이다.The oxygen supply line 2 of FIG. 2 is elongated in shape at the end of the nozzle chamber of the combustion chamber so that its end is located in the premixing chamber 4 of the combustion chamber. This is because it progresses toward the nozzle 5.

도 3의 전기 저항 점화 장치(3)는 저항선(8)이 감싸고 있는 피복 전선(7)의 플라스틱등의 비활성 물질이나 필요시 기타 연소물질을 저항선의 발열로 점화 시키는 방식이기 때문에 정전기나 낮은 수준의 전기적 잡음등에 대한 보호 장치의 필요성이 적으며 장착 전후에 실시하는 전기적 시험을 통하여 단락등의 고장 여부를 손쉽게 탐지할 수 있다.The electric resistance ignition device 3 of FIG. 3 is a method of igniting an inert material such as plastic of the sheathed wire 7 wrapped by the resistance wire 8 or other combustible materials, if necessary, by the heat of the resistance wire. There is little need for protection device against electric noise, and electrical test conducted before and after installation makes it easy to detect short circuit.

점화 장치의 작용은 먼저 연소실에 고압의 산소가 공급되어 전체적으로 산소로 충만한 고 산화 환경을 조성하게 되며 연소실의 체적등을 고려하여 충전에 필요한 시간이 지난후에 전기 저항에 전원을 인가하여 저항선이 발열 하도록 한다. 이때 저항선에는 그 열로 인하여 제일 먼저 화염을 발생시키는 연료로서 저항선이 연결되어 감싸고 있는 전선의 피복 플라스틱 또는 부착된 기타 연소물질이 있어 저항선에 전원 인가와 동시에 발열로 화염이 발생하도록 되어 있다. 이곳에서 발생한 화염은 미리 조성된 산화 환경으로 인하여 표면 모든곳에 전파되며 결국 신속하게 전 연소 표면의 점화를 유도하게 된다. 추가적으로 화염의 전파를 촉진하기 위하여 고압의 산소를 계속 공급함으로서 전체적인 신뢰성과 효율을 높일 수 있다.The action of the ignition device is to supply high pressure oxygen to the combustion chamber first to create a high oxidation environment filled with oxygen as a whole, and after the time required for charging in consideration of the volume of the combustion chamber, power is applied to the electrical resistance so that the resistance wire generates heat. do. At this time, the resistance wire is the fuel that generates the flame first due to the heat, and there is a covering plastic of the wire wrapped around the resistance wire or other combustion material attached to the resistance wire, so that the flame is generated by heating with the power applied to the resistance wire. The flames generated here propagate throughout the surface due to the pre-configured oxidizing environment, which quickly leads to ignition of the entire combustion surface. In addition, it is possible to increase the overall reliability and efficiency by continuously supplying high pressure oxygen to promote the propagation of the flame.

전술한 기술 내용으로부터 자명하듯이, 본 발명은 연소 표면 주위에 산화환경을 조성함으로서 전기 저항선의 발열을 이용하여 발생시킨 화염을 전체 표면에 고르게 확산시켜 신속하게 점화를 유도 할 수 있으며 제 1 실시예의 하이브리드 로켓에서처럼 로켓 연료의 복잡하고 넓은 표면에 신속하고 고른 점화 및 충분한 예열을 함으로서 연소의 안정성을 획득하며 동시에 설계시에 예측된 연소 상황을 충족시킴으로서 추력 및 비행 안정성 나아가 전체 임무의 성공적인 수행을 가능하게 한다. 그리고 장착 전후에도 간단한 전기적 시험으로 장치의 고장 여부를 항시 판단가능하며 이를 통하여 점화의 신뢰성을 제고할 수 있다. 더구나 점화 장치의 특성상 완전 비활성의 둔갑한 연료를 사용하므로 기존의 까다로운 폭발성 점화 장치의 어려움을 해소 하였으며 점화 실패 시에도 위험부담없이 신속하게 상황에 대처할 수 있으며 기존의 경우 많은 문제를 야기하고 보호 장치를 필요로 했던 정전기 또는 전기적 잡음등에도 안정성을 가지므로 취급 및 유지 보수 그리고 안전 측면에서높은 개선 효과를 획득하게 됨으로서 경제성 역시 획기적으로 개선 되었다.As is apparent from the above description, the present invention creates an oxidizing environment around the combustion surface, thereby inducing the ignition quickly by evenly spreading the flame generated using the heat generated by the electric resistance wire evenly over the entire surface. As in a hybrid rocket, combustion stability is achieved by fast, even ignition and sufficient preheating on the complex and wide surfaces of the rocket fuel, while at the same time meeting the expected combustion conditions in the design, enabling thrust and flight stability and the successful performance of the entire mission. do. And even before and after the installation, it is possible to always determine whether the device is broken by a simple electrical test, thereby improving the reliability of the ignition. Moreover, due to the characteristics of the ignition device, it uses heavy inert fuel, which is completely inert, thus eliminating the difficulties of the existing demanding explosive ignition devices. Since it has stability against static electricity or electric noise that was needed, economical efficiency has also been drastically improved by obtaining high improvement in handling, maintenance, and safety.

Claims

Creating a high oxidizing environment around the fuel surface using oxygen or an oxidizing gas

Inducing the ignition flame using the heat of resistance of the electrical resistance wire of the ignition device located in the oxidizing environment after creating the environment;

Electric resistance fuel ignition device using an oxidative environment, characterized in that the device is heated and ignited by the above electrical resistance