Journal of Sensor Science and Technology Vol. 27, No. 6 (2018) pp pissn /eISSN

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수희 음
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1 Journal of Sensor Science and Technology Vol. 27, No. 6 (2018) pp pissn /eISSN 충돌액막분석을위한전기전도액막두께측정장치최적설계 이형원 1 이현창 2 김태성 3 안규복 4 윤영빈 5,+ Optimum Design of a Liquid Film Thickness Measurement Device Using Electric Conductance for Impingement Liquid Film Hyeongwon Lee 1, Hyunchang Lee 2, Taesung Kim 3, Kyubok Ahn 4, and Youngbin Yoon 5,+ Abstract To analyze the film cooling in a liquid rocket engine, it is necessary to understand the characteristics of the wall-impingement liquid film. We designed an optimal two-dimensional device for measuring the thickness of the liquid film thickness. This device quantitatively measures the liquid-film thickness distribution. In previous liquid-film thickness measuring devices, the liquid film was formed over the entire area of the sensor. However, its formation depended on injection conditions. To compensate for this, optimal resistors are selected. Additionally, saturation variations with partial saturation are analyzed. Furthermore, calibration using the enhanced plate method is conducted with improvements in spatial resolution. The device designed here can be used to analyze the properties of an impingement liquid film with a slit injector. This study can be used for film-cooling analysis in liquid rocket engines. Keywords: Liquid film thickness, Electric conductance method, High speed wire-mesh method, Impingement liquid film 1. 서론 로켓엔진의냉각방식에는크게막냉각, 재생냉각, 삭마냉각, 복사냉각등이있다. 그중에서막냉각은연소실에서막냉각인젝터가연소실벽에추진제를직접분사하고, 분사된액체막이고온의주흐름에의해증발하면서연소실벽을고온으로부터보호하는냉각방식이다. 이런막냉각은열이나구조적하중을 1 국방과학연구소 (Agency for Defense Development) Yuseong P.O. Box 35, Daejeon 34186, Korea 2 경남대학교기계공학부 (School of Mechanical Engineering, Kyungnam University) Kyungnamdaehak-ro 7, Masanhappo-gu, Changwon Korea. 3 서울대학교우주항공공학전공 (Department of Aerospace Engineering, Seoul National University) Gwanak-ro 1, Gwanak-gu, Seoul 08826, Korea 4 충북대학교기계공학부 (School of Mechanical Engineering, Chungbuk National University) Chungdae-ro 1, Seowon-gu, Cheongju 28644, Korea 5 서울대학교항공우주신기술연구소 (Institute of Advanced Aerospace Technology, Seoul National University) Gwanak-ro 1, Gwanak-gu, Seoul 08826, Korea + Corresponding author: ybyoon@snu.ac.kr (Received: Jul. 31, 2018, Revised: Oct. 17, 2018, Accepted: Oct. 31, 2018) This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License( licenses/bync/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 줄이기위해서현대로켓엔진들이주로사용하고있다 [1]. 막냉각을분석하기위해서연소실벽에형성되는액막의두께는냉각성능에밀접한관계가있어, 이에대한분석이필수적이다. 액막두께를측정하는방식에는크게초음파 (Ultrasound) 방식, 광학 (Optics) 방식, 그리고전기전도 (Electric Conductance) 방식등이있다 [2]. 초음파방식은상대적으로얇은두께를측정하는데한계가있다 [3]. 광학방식은높은공간해상도를갖고있지만, 회절 (Diffraction) 문제와충돌액적산란 (Scattering) 등으로인해측정오차가있다 [4]. 이에반해전기전도방식은공간해상도가상대적으로낮지만, 높은시간해상도와낮은오차율이라는장점을갖고있다. Fig. 1. Mechanism of electric conductance method 전기전도측정방식은 Fig. 1과같이액막에전기를흘려보 386 J. Sens. Sci. Technol. Vol. 27, No. 6, 2018

Hyeongwon Lee, Hyunchang Lee, Taesung Kim, Kyubok Ahn, and Youngbin Yoon 내전기신호의크기에따라두께를취득하는방법이다. 초기전기전도측정방식은한점측정방식 (One point measuring method) 인접촉바늘방식 (Contact needle method) 등을사용했다 [5].

또한, 획득한액막두께데이터를 Continuous wavelet transform에적용하여잔물결 (Ripple wave) 을분석했다. Lee et al. [6] 은 FPCB(Flexible printed circuit board) 를기반으로 3-전극기법을적용시켰다. 3- 전극기법은온도가변하는액막의두께를측정할수있도록온도보정전극을추가한기법을말한다.

2 Hyeongwon Lee, Hyunchang Lee, Taesung Kim, Kyubok Ahn, and Youngbin Yoon 내전기신호의크기에따라두께를취득하는방법이다. 초기전기전도측정방식은한점측정방식 (One point measuring method) 인접촉바늘방식 (Contact needle method) 등을사용했다 [5]. 최근에는방식이개선되어 PCB(Printed circuit board) 기판을활용해 2차원영역의액막두께를측정할수있다 [2,6]. Damsohn et al. [2] 은고속와이어메시방법 (High speed wiremesh method) 을이용하여출력전극, 입력전극, 접지전극의형상을변형시켜전극의최적형상을분석했다. 또한, 획득한액막두께데이터를 Continuous wavelet transform에적용하여잔물결 (Ripple wave) 을분석했다. Lee et al. [6] 은 FPCB(Flexible printed circuit board) 를기반으로 3-전극기법을적용시켰다. 3- 전극기법은온도가변하는액막의두께를측정할수있도록온도보정전극을추가한기법을말한다. 전기전도방식을기반으로다양한선행연구가수행되었으나, 제트인젝터에서분사되어형성되는액막에대한연구는미미하다. 일반적으로분사충돌되어형성된액막은도수현상 (Hydraulic jump effect) 에의해액막두께측정범위가더넓어지고, 충돌후형성되는액적들을고려해야한다. 이에따라, 본연구에서는 PCB 기판과고속와이어메시방법을기반으로충돌액막을분석하기위하여저항기선택, 부분감지에따른포화수치변동, 교정 (Calibration) 작업그리고공간해상도개선에대한연구를수행하여최적설계를진행했다. 감소하기때문에최근전기전도방식을이용한액막두께측정에주로사용되는방식이다 [2,6]. 액막두께측정장치는 Fig. 2와같이액막두께측정센서 (Film thickness measurement sensor), 고속스위치보드 (High speed switch board), 수신보드 (Receiver board) 로구성되어있다. 함수발생기에서출력된전기신호가고속스위치보드로전달되고, 다시한번고속스위치보드에서액막두께측정센서로전달된다. 이렇게전달된전기신호는액막두께측정센서에형성되어있는액막으로전달되고, 액막의두께에따라전기신호가보정된후 RX 보드를지나 DAQ로전달되어 PC로저장된다 (Fig. 3). Fig. 2. Photograph of liquid film thickness measurement device 2. 실험장치와방법 2.1 실험장치 실험장치로는고속와이어메시방법을적용한액막두께측정장치를사용했다. 또한, 전기신호를출력하기위해함수발생기 FG-7002C를사용했으며, 신호를입력받기위해 National Instruments 사의 PCI-6133 DAQ와 USB-6218 BNC DAQ를사용했다. 2.2 액막두께측정장치다양한액막두께측정방식중에서도시간해상도가높고, 오차율이적은전기전도방식을채택했다 [2]. 액체로켓엔진의막냉각분석을위해서는얇은액막의특성분석이필요했기때문이다. 전기전도방식에서직류는실험유체인물을전기분해시키기때문에교류기반으로장치가설계되었다. 또한, 고속와이어메시방법을도입하여 2차원액막두께분포를취득하고자했다. 고속와이어메시방법은액막두께측정센서전체에전기신호를인가하지않고, 차례로인가하되빠른속도로인가하여마치한순간에데이터를취득한것과같은결과를도출한다. 이런방식은전기회로의단순화와전기장간섭효과를 Fig. 3. Mechanism of electric conductance method 액막두께측정센서는총 36개의측정포인트를갖고있다. 이측정포인트는 Fig. 4와같이외경 5 mm 원모양의출력 (TX) 전극과외경 7.4 mm 고리모양의입력 (RX) 전극으로나뉜다. 결과적으로 36개의측정포인트가각각 TX, RX 전극으로구성되므로총 72개의회로선이필요하다. 그러나, 고속와이어메시방법을채택하면, 측정포인트의 TX 전극들을각열로연결할수있고, 측정포인트의 RX 전극들은각행으로연결할수있기때문에전체적인회로수를줄일수있다 (Fig.3)[2, 6]. 결과적으로일반적인방법으론총 72개의회로선이필요하지만, TX 전극은스위치보드를통해채널을바꿀수있기때문에 1채널로출력했고, RX 전극은 6채널로입력받아서총 7채널로감소시켰다. 최종적으로, 액막두께측정센서의제작치수는 Fig. 4와같고 Lee et al. [7] 의장치를참고했다. J. Sens. Sci. Technol. Vol. 27, No. 6,

Optimum Design of a Liquid Film Thickness Measurement Device Using Electric Conductance for Impingement Liquid Film khz 주기로 준비했다. 전기신호를 입력 받는 취득속도는 1 MHz였고, 이에 따라 전체 센서 데이터 취득 속도는 약 1.6 khz였다. 3.

3 Optimum Design of a Liquid Film Thickness Measurement Device Using Electric Conductance for Impingement Liquid Film khz 주기로 준비했다. 전기신호를 입력 받는 취득속도는 1 MHz였고, 이에 따라 전체 센서 데이터 취득 속도는 약 1.6 khz였다. 3. 액막 두께 측정장치 설계 최적화 3.1 저항기 선정 액막 두께 측정 정확도를 향상시키기 위해 교정 선도가 가파 른 영역을 선택해야 한다. 그러나, 측정하고자 하는 목표 액막 두께 범위가 이미 선정되어 있다면, 액막 두께 측정 장치의 교 정 선도가 목표 범위에서 가파를 수 있도록 최적설계를 수행해 Fig. 4. Specification of the measurement sensor 야 할 것이다. 저항기의 저항값에 따라 교정 선도의 기울기가 달라지고, 포화되는 속도가 달라지게 된다. 따라서, 최적 저항값 을 갖는 저항기 선정이 필요하다. 저항기는 실험 장치 중 수신 2.3 액막 두께 측정장치 선행 연구 보드에 장착되고, 6개의 RX 채널에 대해 각각 독립적으로 탈착 지금까지 전기전도 방식 기반의 액막 두께 측정 방식은 다양 할 수 있게 설계했다. 함수발생기 FG-7002C는 50 Ω의 임피던 한 개선이 있었다. Damsohn et al. [2]은 실험을 기반으로 센서 스를 갖고 있다. 또한, DAQ는 각 채널당 병렬 연결로 100 MΩ 사이의 거리가 커질수록 액막 두께 포화가 늦게 일어나는 것을 의 임피던스를 갖고 있다. 이외에도 BNC 케이블, 고속 스위치 확인했고, 전극을 작게 만들수록 포화가 더 빨리 일어난다는 것 보드, RX 보드에는 각각 고유의 임피던스를 갖게 된다. 이에 따 을 확인했다. Lee et al. [6]은 3-전극을 적용하여 온도 변화에 라, 최적 저항기를 선정하고자 했다. 일반적인 저항기는 크게 고정 저항기와 가변 저항기로 분류 따른 가변 조건에서 액막 두께 측정을 수행할 수 있다는 것을 확인했다. 이 연구에서는 기존 연구를 토대로 액막 두께 측정장 되고, 사용자에 의해 저항 값이 고정된 저항기를 고정 저항기라 치 최적 저항 선정, 공간 해상도 개선, 교정 등을 충돌 액막 측 고 한다. 고정 저항기는 다시 탄소 저항기(Carbon resister), 권 정의 가능성을 입증하고자 했다. 선 저항기(Coil resister), 피막 저항기(Film resister)로 분류된다. 각 저항기들은 Table 1과 같은 특징을 갖고 있다. 권선 저항기 의 경우 출력이 상대적으로 높은 곳에서 쓰이기 때문에 탄소 저 2.4 실험 방법 항기와 피막 저항기를 사용하여 실험을 수행했다. 액체로켓엔진의 막냉각을 위한 슬릿 인젝터가 형성시키는 액 Fig. 5는 저항기 그리고 저항크기에 따른 기초교정 결과이다. 막의 목표 두께는 약 1 mm 이하였다. 따라서, 이에 맞게 교정 피막 저항기를 사용한 250 Ω, 390 Ω, 680 Ω, 910 Ω의 경우에 장치를 설계하고 액막 두께 측정장치가 받은 전기선호를 RMS(Root 는 저항이 커짐에 따라 그래프의 경사가 완만해지면서 액막 두 mean square)로 치환하여 실제 액막 두께를 도출했다. 실험 유 께가 두꺼워질수록 상대적으로 더 빠르게 포화했다. 그 이유는 체로는 불순물 필터로 걸러진 상온 25 C 수돗물을 사용했다. 그 높은 저항을 운용할수록, 물을 지난 전기신호가 리시버 전극으 이유는 물의 전도도는 이온 함유량, 온도 등에 따라 큰 영향을 로 흐르지 않고, 오히려 접지 전극으로 빠져나가기 때문에 이런 받기 때문이다. 실험에 사용된 수돗물의 전기 전도도는 약 50 결과가 발생했다고 분석했다. 그렇다고 해서, 단순히 낮은 저항 /cm이다. Damsohn et al. [2]은 6~303 µs/cm 의 전기 전도도 일수록 더 좋은 성능을 보인 것은 아니었다. 탄소 저항기를 사 를 갖는 물로 측정 오차를 분석했고, 이 범위에서 교정이 가능 용한 130 Ω의 경우는 오히려 250 Ω의 그래프보다 더 완만한 하다고 명시했다. 따라서, 추가적인 전도도 보정이 없는 수돗물 그래프가 그려진 것을 확인할 수 있다. 이것은 저항기 종류도 을 사용했고, 전도도 변화에 따른 오차는 3.3 교정 절에서 언급 성능에 영향을 미친다는 것을 의미했고, Table 1에서 Tolerance 하는 3%에 포함되어 있다. 또한, 물의 온도가 1 C 증가할 때마 (오차) 항목을 확인하면 탄소 저항기의 경우는 오차가 ±5% 혹 다, 전기 전도도는 1.5%만큼 증가한다[7]. 온도는 전기 전도도 은 ±10%이고, 피막 저항기의 경우는 ±1%인 것을 알 수 있다. 에 큰 영향을 미치므로 상온 25 C 물을 사용하여 오차를 줄이 이런 오차의 차이가 성능에 영향을 미친다는 것을 분석할 수 있 고자 했다. 다. 따라서, 이 연구의 최적설계를 위해서 250 Ω의 피막 저항 함수발생기로 사인파를 10 khz 주기로 20 Vpp 만큼 출력 기를 본 실험에 사용했다. 시켰고, 고속 스위치 보드의 스위치 속도 또한 동일하게 J. Sens. Sci. Technol. Vol. 27, No. 6, 2018

Hyeongwon Lee, Hyunchang Lee, Taesung Kim, Kyubok Ahn, and Youngbin Yoon Table 1. Kinds of fixed resistors Resistor Range Tolerance Power Carbon resister 1Ω~10 4 MΩ ±5% or ±10% Coil resister 0.

4 Hyeongwon Lee, Hyunchang Lee, Taesung Kim, Kyubok Ahn, and Youngbin Yoon Table 1. Kinds of fixed resistors Resistor Range Tolerance Power Carbon resister 1Ω~10 4 MΩ ±5% or ±10% Coil resister 0.3~500kΩ ±1% Film resister 0.1~100MΩ ±1% 0.1 W~ 1W 3W~ 300 W 0.05 W~ 2W Operating temperature -55 o C~ 125 o C 150 o C 150 o C 함수발생기입력전압은이고, 출력전압은이다. 함 수발생기자체임피던스는 이고실험에운용한 FG-7002C 는 50 Ω의임피던스를갖고있다. 마지막으로사용자가사용한저항기의저항값은 R 이다. 이식을통해회로에저항기가추가되면함수발생기출력전압에영향을주는것을확인할수있다. 다시말하자면, 우리가측정하는액막자체도저항을갖고있기에액막측정할때, 출력전압을각실험마다일정하게유지해야한다는것을의미한다. 이는지금까지선행연구에서는전체측정포인트가실험유체로뒤덮이나, 새롭게분석하고자하는충돌액막은분사조건에따라측정포인트가뒤덮이는개수가달라진다. 따라서, 충돌액막분석에서는측정포인트가부분적으로만포화되는 부분포화 를고려해야하는상황이다. 따라서, 충돌액막이센서에형성했을때추가적으로출력전압을 20 로조정했고, 손실율은평균 23.8% 에서 17.5% 로감소하 V pp 여측정오차를감소시켰다. V in R func V out 3.3 교정 Fig. 5. Basic calibration with changing resistor 3.2 부분포화에따른포화수치변동 선행연구에서수행된액막측정방식과는다르게충돌액막두께측정은모든셀에액막이도포되어있지않기때문에그에따른신호오차를고려해야한다. 따라서, 전체셀이액막에도포된경우와일부셀이액막에도포된경우에대해서비교분석했다. 액막두께측정장치는총 6개의채널로전기신호를받는다. 따라서, 액막두께측정센서의 6번째열만포화한 RMS값과액막두께측정센서전체를포화한 RMS 값을비교했다. 손실율은아래와같이계산된다. V k f, out V = fin, 100 V fout, V f, out TX 전극으로출력되는전압은이고, RX 전극으로입력되는전압은 V fin, 이다. 이때, 250 Ω 피막저항기기준으로손실율 (k) 은평균 23.83% 였다. 이수치는충돌액막이측정포인트를포화하는개수가달라지면입력되는전압이상황에따라바뀔수있다는걸의미하고그것은측정오차와직접적으로관련이있기에손실율을줄이고자했다. 이때, 함수발생기의출력전압은아래와같이계산된다. (1) 전기전도방식을이용한액막두께측정장치를교정하는방식은크게두가지가있다. 첫번째는평판을덧대고목표두께만큼유격을만들어서교정하는방식이있고, 두번째는유격만큼틈을만든롤러를이용해서굴리는방식이있다. 전자의평판방식은단순한설계라는장점을갖고있으나, 완전히평평하게유지하기어렵고, 평판내부에형성되는기포들을제거해야하므로비교적까다롭다. 후자의롤러방식은교정을수행할때는비교적단순하나, 각두께치수마다롤러를개별제작해야하며, 세밀한제작및가공이요구된다. 이연구에서는기존의평판방식을개선하고자했다. 평판의평평함을유지하기위해외곽쪽에두께게이지 (Thickness gauge) 를덧대서평판이휘는것을방지했고, 평판을아크릴로제작하여기포가형성된것을확인하고, 제거하는방식으로교정을수행했다. Fig. 6은평판교정방식의개략도이고, Fig. 7은실제교정장치와액막두께측정센서를결합한사진이다. Fig. 6에서두께게이지가볼트기준으로내부에도사용되고, 외부에도사용된것을확인할수있다. 굳이내부, 외부둘다사용한이유는볼트가상부아크릴을압박하게되면구조적으로아치형으로변형이일어나게된다. 이를방지하기위해볼트외부에도두께게이지를사용하여아치형변형을방지했다. V = V in R out + R R func (2) Fig. 6. Schematics of plate calibration method J. Sens. Sci. Technol. Vol. 27, No. 6,

Optimum Design of a Liquid Film Thickness Measurement Device Using Electric Conductance for Impingement Liquid Film 역할을 수행하고, TX6, RX4 셀의 교정 커브로 대체했다.

교정 과정에서 커브 피팅 일치 상수인 R 의 추세선 값 이 4차 함수가 1에 가장 근접했기에 아래 식과 같은 4차 다항 식을 사용하여 커브를 구현했다. 4 3 2 ax + bx + cx + dx + e = 0 Fig. 9.

5 Optimum Design of a Liquid Film Thickness Measurement Device Using Electric Conductance for Impingement Liquid Film 역할을 수행하고, TX6, RX4 셀의 교정 커브로 대체했다. 마지 막으로 1600개의 데이터 샘플의 편차를 분석하여 센서 오차는 3%보다 작다는 것을 확인했다 (Fig. 10). Fig. 7. Calibration device and the measurement sensor 교정 범위는 0.05 mm ~ 1.0 mm까지 총 11개의 케이스로 수 2 행했다. 교정 과정에서 커브 피팅 일치 상수인 R 의 추세선 값 이 4차 함수가 1에 가장 근접했기에 아래 식과 같은 4차 다항 식을 사용하여 커브를 구현했다 ax + bx + cx + dx + e = 0 Fig. 9. Calibration error between standard cell and neighbor cell (3) 또한, 각 셀들은 주변 셀들과 간섭 효과에 의해 측정 오차가 생기므로, 각 셀 별로 독립적으로 교정을 수행하여 총 36개의 교정 커브를 얻고자 했다. 그러나, 교정의 기준이 되어야 하는 셀이 필요했기에 기준 셀을 제외한 총 35개의 독립 교정 커브 를 구했다. Fig. 8과 같이 TX6(6번째 출력채널), RX3(3번째 입 력채널) 셀을 기준 셀로 선정했고, 테이프를 붙여서 전기 신호 를 차단했다. 이 셀을 기준으로 둔 이유는 그 옆에 위치한 TX6, RX4 셀과 교정 커브가 오차 2%이내로 일치했기 때문이다 (Fig. 9). 기준 셀은 스위치 보드에 의해 1, 2, 3, 4, 5, 6열 순으로 교 체되며 저장되는 전기신호의 순서를 식별하기 위해 도입했다. 예를 들어, 실험 중 저장 로직을 인가하게 되면, 언제라도 바로 저장을 수행한다. 즉, 3, 4, 5, 6, 1, 2 순으로 저장될 수도 있 Fig. 10. Average calibration curve with errors 고, 5, 6, 1, 2, 3, 4 순으로 저장될 수도 있다. 이런 방식으로 저 장되기 때문에 기준 셀을 지정한다면, 기준 셀의 위치를 파악할 수 있기에 순서대로 배열하여 분석할 수 있다. 기준 셀은 기준 3.4 공간해상도 개선 높은 공간해상도를 갖는 광학 방법과는 다르게 전기전도 방 식은 공간해상도가 낮다. 이 연구에서 사용된 장치 또한 6X6으 로 총 36개의 셀이 운용되기 때문에 실제 액막 두께 분포를 분 석하는데 상대적으로 한계가 있었다. 따라서, 공간해상도를 개 선하고자 했다. Fig. 11과 같이 충돌 분사가 정상 상태라고 가 정하고, 분사를 유지한 채로 센서의 위치를 1, 2, 3, 4 순으로 이 동시켜 분포를 취득했다. 취득된 데이터는 1초 간의 데이터인 1,600개의 데이터를 평균화하여 평균값을 대표값으로 산정했다. 다시 말해서, Fig. 12과 같이 같은 조건의 충돌 액막을 6X6 셀 로 4번 측정하여 12X12 셀로 공간해상도를 개선했다. 이는 공 간해상도를 2배로 키우는 것이기 때문에 그림을 보는 바와 같 이 보다 선명한 분포도를 확인할 수 있다. Fig. 8. Standard cell and taping calibration method 390 J. Sens. Sci. Technol. Vol. 27, No. 6, 2018

Hyeongwon Lee, Hyunchang Lee, Taesung Kim, Kyubok Ahn, and Youngbin Yoon 줄였다. 교정에서는 개선된 평판 교정 방법과 기준 셀을 테이프 로 막아 교정하는 방법을 소개했다. 마지막으로 전기전도 방식 의 고질적인 문제인 공간해상도를 개선하고자 했다.

감사의 글 본 연구는 서울대학교 차세대 우주추진 연구센터와 연계된 미 래창조과학부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행한 선도연구센터지원사업(NRF-2013R1A5A1073861)의 연구 결과 입니다. Fig. 11. Arrangement of the measurement sensor REFERENCES [1] R. Arnold, D. I.

6 Hyeongwon Lee, Hyunchang Lee, Taesung Kim, Kyubok Ahn, and Youngbin Yoon 줄였다. 교정에서는 개선된 평판 교정 방법과 기준 셀을 테이프 로 막아 교정하는 방법을 소개했다. 마지막으로 전기전도 방식 의 고질적인 문제인 공간해상도를 개선하고자 했다. 본 연구에 서 최적화한 액막 두께 측정장치는 슬릿 인젝터의 벽 충돌 액 막 특성을 분석하는데 최적화되어 보다 정확한 데이터를 획득 할 수 있을 것이다. 더 나아가, 벽 충돌 액막의 연구 내용은 액 체로켓엔진의 막냉각 분석에도 응용될 수 있을 것이다. 감사의 글 본 연구는 서울대학교 차세대 우주추진 연구센터와 연계된 미 래창조과학부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행한 선도연구센터지원사업(NRF-2013R1A5A )의 연구 결과 입니다. Fig. 11. Arrangement of the measurement sensor REFERENCES [1] R. Arnold, D. I. Suslov, and O. J. Haidn, Experimental investigation of film cooling with tangential slot injection in a LOX/CH4 subscale rocket combustion chamber Trans. JSASS Space Tech. Jpn., Vol. 7, No. 26, pp.81-86, [2] M. Damsohn and H. -M. Prasser, High-speed liquid film sensor for two-phase flows with high spatial resolution based on electrical conductance, Flow Meas. Instrum., Vol. 20, No. xx, pp. 1-14, [3] T. Kamei and A. Serizawa, Measurement of 2-dimensional local instantaneous liquid film thickness around simulated nuclear fuel rod by ultrasonic transmission technique, Nucl. Eng. Des., Vol. 184, No. xx, pp , [4] M. Alonso, P. J. Kay, P. J. Bowen, R. Gilchrist, and S. Sapsford, A laser induced Fluorescence technique for quantifying transient liquid fuel films utilizing total internal reflection, Exp. Fluids, Vol. 48, No. xx, pp , [5] T. Inamura, H. Yanaoka, and T. Tomoda, Prediction of mean droplet size of sprays issued from wall impingement injector, AIAA J., Vol. 42, No. 3, pp , [6] K. B. Lee, J. R. Kim, G. C. Park, and H. K. Cho, Feasibility test of a liquid film thickness sensor on a flexible printed circuit board using a three-electrode conductance method, Sensors, Vol. 17, No. 1, pp. 42, [7] K. B. Lee, J. R. Kim, D. J. Euh, G. C. Park, and H. K. Cho, Development of Three-ring Conductance Sensor based on Flexible Printed Circuit Board for Measuring Liquid Film thickness in Two-phase Flow with High Resolution, J. Sens. Sci. Technol., Vol. 25, No. 1, pp , Fig. 12. Improvement on the sensor spatial resolution 4. 결 론 본 연구에서는 충돌 액막의 두께분포도를 정량적으로 측정할 수 있는 2차원 액막 두께 측정장치 최적설계를 수행했다. 기존 의 액막 두께 측정장치는 센서 전체 영역에 액막이 형성되어 있 으나, 충돌 액막은 분사 조건에 따라 액막이 형성되는 면적이 다르다. 따라서, 이를 보완하기 위해 최적 저항기 선정, 부분 포 화에 따른 포화수치 변동 분석, 교정, 그리고 공간해상도 개선 을 수행했다. 먼저 다양한 저항기가 있었지만, 성능과 제원을 분 석하여 250 Ω 피막 저항기를 사용했다. 또한, 전기전도 방식에 서는 흐르는 액막 자체가 하나의 저항기로 역할을 수행하기에 출력 전압을 20 Vpp 로 보정하여 손실율을 23.8%에서 17.5%로 J. Sens. Sci. Technol. Vol. 27, No. 6,

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THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. 2018 Oct.; 29(10), 799 804. http://dx.doi.org/10.5515/kjkiees.2018.29.10.799 ISSN 1226-3133 (Print) ISSN 2288-226X (Online) Method