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KSR- III 추력벡터제어를 위한 유압-서보 김발엔진 구동시스템에 관한 연구 원문보기

항공우주기술 = Aerospace engineering and technology, v.1 no.1, 2002년, pp.141 - 146  

이희중 (유도제어연구그룹)

초록
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로켓 추진에 의한 동력 비행 중 비행체의 자세제어를 위해, 대기권내 비행에 있어서는 공력비행 조정익으로 조종할 수 있으나 공기가 희박한 높은 고도나 대기권 밖에서의 비행은 추력벡터제어에 의존할 수밖에 없다. 추력벡터제어 방법으로 현재 여러 가지 장치가 개발되어 사용되고 있는데 본 연구는 로켓이 비행하는 동안 김발에 의해 연결된 로켓엔진 전체를 움직여 엔진에서 발생한 추력의 방향을 조종하여 로켓의 자세를 제어하는 김발엔진구동 추력벡터제어방식에 대한 내용을 다루었다. 로켓에 적용 가능한 김발엔진 구동장치로는 전기유압식, 전기기계식, 공압식 장치 등이 있으나 큰 동력이 요구되는 시스템에서는 대부분 출력 대 무게비가 높은 전기유압식 구동장치가 사용된다. 본 연구에서는 KSR-III의 추력벡터제어를 위해 사용되는 전기유압식 김발엔진 서보구동시스템을 상세모델링하였고 이에 기초하여 시뮬레이션을 수행하였다. 그리고 시뮬레이션 결과와 실제 시스템을 대상으로 시험한 결과를 비교하여 모델을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

During dynamic flight by propulsion of rocket engine, in the atmosphere, the attitude control of flight vehicle can be accomplished by the aerodynamic fin actuator. But, in the outer space, the method of TVC(Thrust Vector Control) is only depend on for it. There are many systems which were developed...

주제어

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 KSR-의 추력 벡터 제어를 위해 사용되는 전기유압식 김발엔진 서보구동시스템을 상세 모델링하였고 이에 기초하여 수행한 시뮬레이션과 실제 시스템을 대상으로 실험한 결과를 비교하여 모델을 검증하였다.
  • 의존할 수밖에 없다. 추력벡터제어 방법으로 현재 여러가지 장치가 개발되어 사용되고 있는데 본 연구는 로켓이 비행하는 동안 김발에 의해 연결된 로켓엔진 전체를 움직여 엔진에서 발생한 추력의 방향을 조종하여 로켓의 자세를 제어하는 김발엔진구동 추력 벡터 제어방식에 대한 내용을 다루었다. 로켓의 추력 벡터 제어를 위한 김발엔진 구동장치는 로켓이 요구되는 자세를 유지할 수 있도록 자동비 행장치에서 인가되는 명령에 따라 김발 엔진을 회전 구동하는 주는 장치를 일컫는다.

가설 설정

  • 본 시뮬레이션에서는 실험 결과와의 비교 및 검증을 위해서 실험과 동일한 상황을 모사하였다. 그리고 시뮬레이션할 때에 유압 시스템에 공급되는 유압공급장치의 동력이 시스템에 요구되는 동력을 훨씬 상회하므로 일정한 압력이 공급된다고 가정하였고 배관에서 발생하는 압력손실은 고려하지 않았다. 또한 서보밸브 및 구동기의 시일 (seal) 마찰력이나 누유에 의한 영향도 고려하지 않았다.
  • 또한 서보밸브 및 구동기의 시일 (seal) 마찰력이나 누유에 의한 영향도 고려하지 않았다. 그리고 시스템이 동작하는 시간이 짧고 유압공급장치가 대용량이므로 작동 유의 냉각이 원활하다고 가정하여 작동유의 온도를 상온으로 가정하고 밀도 및 체적팽창계수를 상수로 가정하였다. 그림 3, 4는 서보 구동기의 계단입력에 대한 응답특성을 살펴본 것이다.
  • 모델의 단순화를 위해 서보밸브 및 구동기의 내부, 외부누설 유량은 없다고 가정하였다. 또한 서보밸브의 스풀 및 랜드(land) 형상은 언더 랩 (under lap) 과 오버 랩 (over lap) 이 존재하지 않는 임계형 밸브로 가정한다.
  • 따라서 구동기 피스톤이 양의 방향을 이동하게 된다. 모델의 단순화를 위해 서보밸브 및 구동기의 내부, 외부누설 유량은 없다고 가정하였다. 또한 서보밸브의 스풀 및 랜드(land) 형상은 언더 랩 (under lap) 과 오버 랩 (over lap) 이 존재하지 않는 임계형 밸브로 가정한다.
  • 토크모터에 부착된 플래퍼 (flapper)는 유압 증폭단인 노즐을 간섭하여 밸브스풀 후방의 압력을 가변하고 플래퍼 끝단에 연결된 되먹임 스프링은 스풀을 이동시켜 서보밸브스풀의 위치(Xv)가 결정된다. 서보밸브의 유압 증폭단은 응답속도가 매우 빠르므로 일반적인 방법에 의하여 식 (3)과 같이 2차의 선형모델로 가정한다.
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