In this study, the effect of changes in the port diameter, length, and activation energy of solid fuel on rocket performance was investigated to propose the design points of the solid fuel for hybrid rockets based on hydrogen peroxide and high-density polyethylene propellants. Moreover, a numerical estimation code was developed based on the regression rate equation derived from the experiments, and the developed code was assessed for the effectiveness of the multiport solid fuel design and the scale effect by comparing the estimation and experimental results. Based on the parametric study of the solid fuel and numerical estimation code, a hybrid propulsion system with different scales was designed, and design modification for the multiport solid fuel of the 1000-N class hybrid rocket applied to a Woorisae-II sounding rocket was also performed. Small sounding rockets of different scales were designed by integrating the hybrid propulsion system, recovery system with spring control, and rocket avionics. Based on the performance data derived through numerical estimation, a six-degree-of-freedom trajectory simulation was performed to predict the altitude reached by the rocket.
본 논문에서는 고농도 과산화수소/고밀도 폴리에틸렌 하이브리드 로켓의 고체연료 설계 기준점을 제시하기 위해 고체연료의 포트 직경, 길이, 그리고 활성화 에너지 변화가 로켓 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 추가적으로, 연소시험을 통해 도출된 고체연료 후퇴율 식을 기반으로 하여 내탄도 해석을 위한 코드를 개발하였으며, 해석과 연소시험 결과를 비교하여 개발된 코드가 멀티포트 고체연료 설계와 스케일 효과 조사의 유효성을 고찰하였다. 고체연료 요소 설계 연구 결과와 내탄도 해석 코드를 바탕으로 스케일이 다른 하이브리드 추진 시스템을 설계하였으며, 우리새 2호 소형 과학로켓에 적용된 1,000 N 급 하이브리드 로켓의 멀티포트 고체연료 설계 수정안을 제시하였다. 추진 시스템, 회수 시스템, 그리고 비행 컴퓨터를 통합하여 스케일이 다른 소형 과학로켓을 설계하였으며, 내탄도 해석에서 도출된 성능 데이터를 기반으로 하여 6자유도 궤적 계산 수행 및 도달 고도를 예측해 보았다.
