고에너지 고체 추진제 이물질 침투 조건에서의 반응 과정과 점화 메커니즘을 탐구하기 위해 다중 물리장 인-시추적 시스템을 결합한 가시화 천공 점화 실험 장치를 설계 및 구축하였다. 이 시스템은 고속 촬영, 적외선 열화상, 디지털 영상 상관관계(Digital Image Correlation, DIC) 변형률 측정, 분포식 압력 센서, 인-시 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM), 에너지 분산형 분광법(Energy Dispersive Spectroscopy, EDS) 등의 기능을 통합하여 시료의 천공 과정에서의 변형, 온도 상승, 유동 및 점화 행동을 동기화되고 다차원적으로 관측할 수 있다. 연구 대상으로 세 가지 두께(5mm, 10mm, 15mm)의 GAP 기반 고에너지 고체 추진제를 선정하여 일련의 천공 실험을 수행하였으며, 특히 시료 두께가 점화 민감도에 미치는 영향, 점화 발생의 임계 조건, 점화점의 공간 분포 특성 및 국부 역학장과의 연관성을 분석하였다. 실험 결과, 측면 구속 조건이 없는 경우 점화는 시료 두께가 최대 고상 입자 크기(약 330μm) 이하로 압축될 때에만 발생하며, 점화는 과염소산암모늄(Ammonium Perchlorate, AP) 입자에서 시작되었고, 점화점은 무작위로 분포하지 않고 천공봉 단면 내측의 고리형 영역(r 2.5~4.0mm)에 집중되었으며, 이 영역은 높은 전단 변형률, 높은 전단 변형률 속도, 높은 응력 구배 및 높은 반경 방향 유속의 협동 특성을 나타냈다. 추가로 마찰 동력 밀도 계산 및 잔해 미세 형태 분석을 통해 입자-계면 마찰 발열이 추진제 점화를 유발하는 주요 메커니즘임을 밝혀냈다.

고에너지 추진제;점화 메커니즘;충격;이물질 천공;전단 마찰