KR20220077593A - 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법 - Google Patents

마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법에 관한 것으로, 전력을 공급하는 전력공급부, 상기 전력을 공급받고 마이크로웨이브를 발생하는 마이크로웨이브 발생원, 상기 마이크로웨이브를 이송하는 도파관, 및 상기 이송된 마이크로웨이브를 기초로 극성 고에너지 물질의 가열 및 점화가 이루어지는 연소실을 포함한다. 따라서, 본 발명은 마이크로웨이브의 에너지를 통해 극성 고에너지 물질을 빠르게 가열 및 점화할 수 있어 우주추진체의 기동성을 향상시킬 수 있고 장기간 안정적으로 운용할 수 있다.

Description

마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법{IGNITION APPARATUS AND METHOD OF POLAR ENERGETIC MATERIALS BASED ON MICROWAVE ENERGY SOURCE}
본 발명은 극성 고에너지 물질 점화 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로웨이브 에너지 소스를 기반으로 하여 극성 고에너지 물질을 즉각적이고 균일하게 가열 및 점화할 수 있는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법에 관한 것이다.
과거 위성추진을 위한 대표적인 기술로 촉매기반 점화기술이 활용되었다. 촉매기반 점화기술의 경우 추진기관 작동을 위해 추진제 또는 촉매를 예열해주어야 한다. 이를 위해 일반적으로 저항가열이 사용되었으나 저항가열은 목표 온도 도달까지 소요시간이 길어 인공위성의 기동성을 저하시키는 요인으로 작용한다.
촉매는 고온/고압/고유량의 환경에서 사용되며 위성추진기관의 장기운용시 노후화된다. 이는 추진성능을 감소시켜 위성의 장기운용을 어렵게 하는 요인이다.
또한, 저항 가열 방식은 추진제 또는 촉매의 가열을 위해 열 전도 경로를 통하여 추진제 또는 촉매에 열을 전달하는 방식으로 즉각적이지 못하고 균등하지 않게 가열이 되는 단점이 있다.
한국 등록특허공보 제10-0988770(2010.10.13)호는 이원 추진제 로켓에 사용되는 점화기에 관한 것으로, 과산화수소와 케로신을 주 추진제로 사용하는 이원 추진제 로켓에 적용되며, 촉매 점화 방식을 이용하는 점화기를 별도로 구성하여 촉매의 소비를 줄일 수 있는 이원 추진제 로켓 엔진의 점화기에 대해 개시한다.
한국 등록특허공보 제10-1687666(2016.12.13)호는 예연소기형 촉매점화기 및 이를 적용한 연소기에 관한 것으로, 촉매와 반응하여 고온으로 분해된 산화제에 분사된 연료가 산화제의 온도로 자연 발화되어 화염을 형성하는 예연소실과 이어져 화염이 예연소실을 빠져나가는 깔때끼 형상의 화염유도로가 구비된 점화기 하우징, 예연소실의 일부공간을 점유한 촉매베드, 촉매베드의 위쪽으로 형성되어 산화제가 공급되는 매니폴더, 촉매베드를 관통하여 전기신호 개폐방식 또는 압력차 개폐방식으로 연료를 공급하고 차단하는 점화용 연료 인젝터를 포함함으로써 연소기의 개발 및 운용 시 다양한 모드로의 점화 에너지를 공급할 수 있으며 다양한 목적의 점화장치로 사용되는 특징에 대해 개시한다.
한국 등록특허공보 제10-0988770(2010.10.13)호 한국 등록특허공보 제10-1687666(2016.12.13)호
본 발명의 일 실시예는 마이크로웨이브 에너지 소스를 기반으로 하여 극성 고에너지 물질을 즉각적이고 균일하게 가열 및 점화할 수 있는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 추진제 또는 촉매에 마이크로웨이브를 조사하여 가열하고 목표 온도 도달까지 소요되는 시간을 단축하여 우주추진체의 기동성을 향상시킬 수 있는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 우주추진체의 사용에 따른 성능 저하를 최소화하여 장기 운용할 수 있는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치는 전력을 공급하는 전력공급부, 상기 전력을 공급받고 마이크로웨이브를 발생하는 마이크로웨이브 발생원, 상기 마이크로웨이브를 이송하는 도파관, 및 상기 이송된 마이크로웨이브를 기초로 극성 고에너지 물질의 가열 및 점화가 이루어지는 연소실을 포함한다.
상기 마이크로웨이브 발생원은 마그네트론 또는 SSPA(Solid State Power Amplifier)을 통해 마이크로웨이브 소스를 구현하여 균일한 가열을 제공할 수 있다.
실시예들 중에서, 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치는 상기 도파관 대용으로 케이블 또는 안테나를 사용할 수 있다.
상기 연소실은 상측에 상기 극성 고에너지 물질을 공급하는 극성 고에너지 물질 공급부를 포함하고, 상기 극성 고에너지 물질 공급부로부터 내부로 공급되는 상기 극성 고에너지 물질에 상기 마이크로웨이브가 조사되고 상기 마이크로웨이브의 에너지가 열 에너지로 전환되는 과정에서 점화가 이루어질 수 있다.
상기 연소실은 내부에 상기 극성 고에너지 물질이 저장된 극성 고에너지 물질 저장부를 포함하고, 상기 극성 고에너지 물질 저장부에 저장된 상기 극성 고에너지 물질에 상기 마이크로웨이브가 조사되고 상기 마이크로웨이브의 에너지가 열 에너지로 전환되는 과정에서 점화가 이루어질 수 있다.
상기 극성 고에너지 물질은 HAN(Hydroxylammonium nitratr), ADN(Ammonium dinitramide), 하이드라진 또는 과산화수소에 해당할 수 있다.
실시예들 중에서, 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치는 상기 마이크로웨이브의 전자기파의 외부 방출을 차폐하기 위한 전자기파 차단부를 더 포함할 수 있다.
실시예들 중에서, 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화방법은 전력을 공급받고 마이크로웨이브를 발생하는 단계, 발생되는 상기 마이크로웨이브를 연소실 측으로 이송하는 단계, 및 상기 연소실 내에 이송되어 상기 마이크로웨이브가 극성 고에너지 물질에 조사되고 상기 마이크로웨이브의 에너지가 열 에너지로 전환되면서 상기 극성 고에너지 물질을 가열 및 점화하는 단계를 포함한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법은 마이크로웨이브 에너지 소스를 기반으로 하여 극성 고에너지 물질을 즉각적이고 균일하게 가열 및 점화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법은 추진제 또는 촉매에 마이크로웨이브를 조사하여 가열하고 목표 온도 도달까지 소요되는 시간을 단축하여 우주추진체의 기동성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법은 우주추진체의 사용에 따른 성능 저하를 최소화하여 장기 운용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2a-2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치에서 마이크로웨이브를 기초로 점화하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치를 나타내는 예시도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치(100)는 전력공급부(110), 마이크로웨이브 발생원(130), 도파관(150) 및 연소실(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
전력공급부(110)는 마이크로웨이브 발생원(130)과 전기적으로 연결될 수 있고, 마이크로웨이브 발생에 필요한 전력을 공급할 수 있다.
마이크로웨이브 발생원(130)는 전력공급부(110)의 전력 공급에 따라 구동될 수 있고, 단파~센티파 대역의 RF(Radio Frequency) 마이크로웨이브를 발생할 수 있다.
마이크로웨이브(Microwave)는 많은 응용 분야에 적용할 수 있는 재현성이 좋은 강력한 에너지원이다. 마이크로웨이브는 300~300,000㎒의 주파수 범위를 갖는다.
마이크로웨이브는 전기장과 자기장으로 구성되어 있다.
마이크로웨이브는 극성물질 기반 고에너지 물질에 조사되며 쌍극자 회전(dipole rotation) 또는 이온성 전도(ionic conduction)로 물질을 신속하게 가열하게 된다. 그 결과로 온도의 빠른 상승이 가능하다.
마이크로웨이브 발생원(130)은 마그네트론(Magnetron)을 통해 마이크로웨이브 소스를 구현하여 도파관(150)을 통해 연소실(170)에 균일한 가열을 제공할 수 있다.
도파관(150)은 마이크로웨이브 발생원(130)과 연소실(170) 사이에 연결되며 마이크로웨이브 발생원(130)에서 발생하는 마이크로웨이브를 연소실(170)로 이송할 수 있다.
연소실(170)은 이송된 마이크로웨이브를 기초로 극성 고에너지 물질을 가열하여 점화시킬 수 있다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치(100)는 마이크로웨이브 발생원(130)으로서 마그네트론(131)을 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 SSPA를 사용할 수도 있다.
마그네트론(Magnetron)은 자체적으로 마이크로웨이브를 발생시키는 발진기관이다.
SSPA(Solid State Power Amplifier)는 발진소자에서 발생된 전자기파의 에너지를 증폭시켜 고에너지의 전자기파를 만드는 반도체 소자이다.
마이크로웨이브 발생원(130)에서 발생되는 마이크로웨이브는 300㎒~30㎓ 범위를 가지며 1W~100kW 출력을 갖는다. 마이크로웨이브 발생원(130)의 출력 범위는 이에 한정되지 않고 다양하게 설계 가능하다.
마이크로웨이브 발생원(130)에서 발생되는 마이크로웨이브는 도파관(150)을 통해 연소실(170) 측으로 전달된다. 일 실시예에서, 마이크로웨이브 전달 경로로 도파관(150)을 사용하였지만 이에 한정되지 않고 케이블 또는 안테나 등을 사용할 수도 있다.
연소실(170) 내에는 마이크로웨이브가 조사되어 극성 고에너지 물질의 가열 또는 점화가 이루어진다. 일 실시예에서, 연소실(170)의 상측에는 도 2a에 도시한 바와 같이, 극성 고에너지 물질 공급부(171)가 마련되고 극성 고에너지 물질 공급부(171)로부터 연소실(170) 내로 극성 고에너지 물질이 공급되도록 할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 연소실(170) 내에는 도 2b에 도시한 바와 같이, 극성 고에너지 물질 저장부(173)가 마련되고 극성 고에너지 물질 저장부(173)에 극성 고에너지 물질이 저장되도록 할 수 있다.
여기에서, 극성 고에너지 물질로는 HAN(Hydroxylammonium nitrate) 및 ADN(Ammonium dinitramide), 하이드라진을 사용하거나 또는 과산화수소를 사용할 수 있다. 극성 고에너지 물질은 액체상태로 존재할 수 있고 또는 고체상태로 존재할 수 있다. 극성 고에너지 물질에는 점화성능 향상을 위하여 전도성 파티클을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치(100)는 전자기파 차단부(190)로 덮혀져 전자기파가 외부의 다른 전자장비에 끼치는 피해를 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치의 동작을 설명하는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치(100)는 전력공급부(110)를 통해 마이크로웨이브 발생원(130)에 마이크로웨이브의 발생을 위한 구동 전력을 공급할 수 있다(단계 S310). 마이크로웨이브 발생원(130)은 마이크로웨이브를 발생할 수 있다(단계 S330). 도파관(150)은 마이크로웨이브 발생원(130)으로부터 발생되는 마이크로웨이브를 연소실(170) 측으로 이송할 수 있다(단계 S350). 연소실(170)에서는 이송된 마이크로웨이브를 기초로 극성 고에너지 물질 공급부(171)로부터 공급되거나 또는 극성 고에너지 물질 저장부(173)에 저장된 액체 또는 고체상태의 극성 고에너지물질을 가열 및 점화할 수 있다(단계 S370). 연소실(170) 내에서는 극성 고에너지 물질에 마이크로웨이브가 조사될 때 마이크로웨이브가 가진 에너지가 열에너지로 전환되면서 가열 및 점화가 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치에서 마이크로웨이브를 기초로 점화하는 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 마이크로웨이브 발생원(130)는 마그네트론(131)을 통해 마이크로웨이브를 발생할 수 있다(단계 S410). 여기에서, 마이크로웨이브는 전자기파 전달 경로를 따라 이송될 수 있다. 연소실(170)에서는 마이크로웨이브를 극성 고에너지 물질에 조사할 수 있다(단계 S430). 연소실(170)의 내부에서는 극성 고에너지 물질 내부에서 마이크로웨이브의 에너지 손실이 발생할 수 있다(단계 S450). 연소실(170)의 내부에서는 극성 고에너지 물질 내에서 손실된 에너지가 열에너지로 전환되어 극성 고에너지 물질을 가열 및 점화할 수 있다(단계 S470).
상기의 과정에서 극성 고에너지 물질에 의해 손실된 마이크로웨이브의 에너지의 총량은 총 발열량과 같으며, 이는 하기 수학식으로 정의될 수 있다.
[수학식]
Figure pat00001
여기에서,
Figure pat00002
는 발열량에 해당하고 ε0은 진공상태 유전률, εr은 상대 유전률에 각각 해당하고 δ는 손실각에 해당한다.
도 5는 일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치를 나타내는 예시도이다.
도 5를 참조하면, 마이크로웨이브 발생원(130)은 전력공급부(110)에서 공급되는 전력을 기반으로 마이크로웨이브를 발생할 수 있다. 마이크로웨이브 발생원(130)에서 발생되는 마이크로웨이브는 도파관(150)을 따라 연소실(170)로 이송될 수 있다. 도파관(150)는 마이크로웨이브의 전달 경로를 제공한다. 이때, 연소실(170) 내에 마이크로웨이브가 극성 고에너지 물질에 조사되어 가열될 때 마이크로웨이브의 전자기파가 누설되어 외부의 다른 전자장비에 영향을 미치지 않도록 도파관(150)과 연소실(170) 사이의 연결부위에 EMI 실링 테이프(Sealing Tape)로 테이핑처리될 수 있다. 연소실(170)는 석영 윈도우(Quartz Window)가 설치될 수 있다.
일 실시예에 따른 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치 및 방법은 마이크로웨이브를 통해 극성 고에너지 물질(추진제)을 가열함으로써 열 전도 경로가 요구되지 않아 즉각적인 가열이 가능하며 부피 가열이 가능해 균일한 가열이 가능하고, 추진제가 목표 온도 도달까지 소요되는 시간이 짧아 우주추진체의 기동성을 향상시킬 수 있고 장기 운용이 가능해질 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치
110: 전력공급부
130: 마이크로웨이브 발생원
131: 마그네트론
150: 도파관
170: 연소실
171: 극성 고에너지 물질 공급부
173: 극성 고에너지 물질 저장부
190: 전자기파 차단부

Claims (8)

  1. 전력을 공급하는 전력공급부;
    상기 전력을 공급받고 마이크로웨이브를 발생하는 마이크로웨이브 발생원;
    상기 마이크로웨이브를 이송하는 도파관; 및
    상기 이송된 마이크로웨이브를 기초로 극성 고에너지 물질의 가열 및 점화가 이루어지는 연소실을 포함하는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로웨이브 발생원은
    마그네트론 또는 SSPA(Solid State Power Amplifier)을 통해 마이크로웨이브 소스를 구현하여 균일한 가열을 제공하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 대용으로 케이블 또는 안테나를 사용하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연소실은
    상측에 상기 극성 고에너지 물질을 공급하는 극성 고에너지 물질 공급부를 포함하고,
    상기 극성 고에너지 물질 공급부로부터 내부로 공급되는 상기 극성 고에너지 물질에 상기 마이크로웨이브가 조사되고 상기 마이크로웨이브의 에너지가 열 에너지로 전환되는 과정에서 점화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연소실은
    내부에 상기 극성 고에너지 물질이 저장된 극성 고에너지 물질 저장부를 포함하고,
    상기 극성 고에너지 물질 저장부에 저장된 상기 극성 고에너지 물질에 상기 마이크로웨이브가 조사되고 상기 마이크로웨이브의 에너지가 열 에너지로 전환되는 과정에서 점화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 극성 고에너지 물질은
    HAN(Hydroxylammonium nitratr), ADN(Ammonium dinitramide), 하이드라진 또는 과산화수소에 해당하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브의 전자기파의 외부 방출을 차폐하기 위한 전자기파 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화장치.
  8. 전력을 공급받고 마이크로웨이브를 발생하는 단계;
    발생되는 상기 마이크로웨이브를 연소실 측으로 이송하는 단계; 및
    상기 연소실 내에 이송되어 상기 마이크로웨이브가 극성 고에너지 물질에 조사되고 상기 마이크로웨이브의 에너지가 열 에너지로 전환되면서 상기 극성 고에너지 물질을 가열 및 점화하는 단계를 포함하는 마이크로웨이브 에너지 소스 기반의 극성 고에너지 물질 점화방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115750144A (zh) * 2022-11-22 2023-03-07 北京交通大学 协同调控推进剂流量和微波功率的单组元推进剂点火方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021004141A1 (de) * 2021-03-31 2022-10-06 Mathias Herrmann Angepasstes Verfahrenskonzept und Leistungskonzept für Triebwerke (z.B. Raketen, Überschallraketenbrennkammern / Düsentriebwerke), luftatmende Antriebe (z.B. Unterschall-Staustrahltriebwerke, Ramjets, Scramjets, Dualmode, Pulsejets, Detonationstriebwerke, Raketen-Staustrahl- Antriebe), Turbopumpen bzw. Düsen (z.B. Glockendüsen, Aerospikes)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100988770B1 (ko) 2010-09-10 2010-10-20 충남대학교산학협력단 이원 추진제 로켓 엔진의 점화기
KR101687666B1 (ko) 2016-03-23 2016-12-19 국방과학연구소 예연소기형 촉매점화기 및 이를 적용한 연소기
KR101687792B1 (ko) * 2015-07-28 2017-01-02 공주대학교 산학협력단 마그네트론을 적용한 가솔린 엔진용 고주파 점화시스템
US20180051657A1 (en) * 2016-08-18 2018-02-22 Raytheon Company Microwave ignition of electrically operated propellants
JP2019157816A (ja) * 2018-03-16 2019-09-19 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 噴射装置及び推進システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100988770B1 (ko) 2010-09-10 2010-10-20 충남대학교산학협력단 이원 추진제 로켓 엔진의 점화기
KR101687792B1 (ko) * 2015-07-28 2017-01-02 공주대학교 산학협력단 마그네트론을 적용한 가솔린 엔진용 고주파 점화시스템
KR101687666B1 (ko) 2016-03-23 2016-12-19 국방과학연구소 예연소기형 촉매점화기 및 이를 적용한 연소기
US20180051657A1 (en) * 2016-08-18 2018-02-22 Raytheon Company Microwave ignition of electrically operated propellants
JP2019157816A (ja) * 2018-03-16 2019-09-19 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 噴射装置及び推進システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115750144A (zh) * 2022-11-22 2023-03-07 北京交通大学 协同调控推进剂流量和微波功率的单组元推进剂点火方法

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