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초록
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2002년 11월 28일 발사된 KSR-III 과학로켓에서 공력가열로 인한 온도상승을 측정하였으며, 로켓 외피의 온도 및 공력가열량을 계산하였다. 계산에 사용된 소프트웨어는 이론식에 기초한 경계층을 해석하여 비행시간동안 비정상 공력가열량을 계산하는 MINIVER 코드이며, 비행체 내부로의 일차원 고체 열전도까지 고려하였다. 계산 결과 비행체 내부 페이로드 장착부분의 열전달은 대부분 복사로 이루어지고, 공력가열로 인한 KSR-III 외피 최고온도는 핀에서 $223^{\circ}C$이며 최대 공력가열은 노즈캡에서 $133kW/m^2$이었다. 중요부분에서 재질의 허용온도를 만족하였으며 외피 단열재 설계가 적절히 이루어졌음이 확인되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The inner surface temperatures of the KSR-III Sounding Rocket launched at 29th November 2002 were measured in the flight test, and the aerodynamic heating rate and outer surface temperature were calculated. The used program is the MINIVER code, which calculate the boundary layer equation based on th...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 KSR-III의 비행시험에서 측정된 중요 부분의 온도를 보여주고, 해석온도와 비교하였다. KSR-III의 비행 시험 전 설계 제작 과정에서 공력가열과 열적 안정성이 이미 계산되었지만, 최종 비행시험의 고도와 속도를 고려하여 재해석하여 해석기법의 신뢰성을 점검하고, 외피의 공력가열율과 외피 온도를 계산하였다.

가설 설정

  • 8로 가정하였다. 방사율은 외피와 내피의 열전달 모두 같은 값으로 가정한다.
  • 9 정도로 가정하는 것이 타당한 결과를 보여준다. 본 연구의 해석에서는 많은 시행착오를 통해 방사율은 0.8로 가정하였다. 방사율은 외피와 내피의 열전달 모두 같은 값으로 가정한다.
  • 핀 공력가열 해석을 위해 경사 웨지 옵션을 선택하였다. 정체 점의 영향이 있지만 매우 두꺼운 단열재로 둘러싸여 있어 정체점으로부터 열전달은 없는 일차원 열전달로 가정하였다.
  • 큰 공력가열량은 난류 열전달 현상에 기인한 것으로 만약 층류로 가정하면 정체 점보다 낮은 45kW/mM 가열이 계산된다. 층류에서 난류로의 천이는 경계층 외곽의 레이 놀에서 시작하여 4x10, 이면 완전한 난즈수가류로 전개된다고 가정하였다. 과거의 작업을 통해 이와 같은 값이 가장 현실적인 범위임이 확인되었다 [13].
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참고문헌 (13)

  1. 3단형 과학로켓 개발사업, 한국항공우주연구원, 2003. 

  2. D. R. Hender, "A Miniature Version of the JA70 Aerodynamic Heating Computer Program, H800 (MINIVER)," NASA COSMIC, Athens, 1970. 

  3. Fay, J. A. and Riddel, F. R., "Stagnation Point Heat Transfer in dissociated Air," Journal of Aeronautical Science, Feb, 1958. 

  4. ablation. 

  5. U.S. Standard Atmosphere, Government Printing Office, Washington, DC, Dec. 1976. 

  6. U.S. Standard Atmosphere, Government Printing Office, Washington, DC, Dec. 1962. 

  7. John J. Bertin, Hypersonic Aero - thermodynamics, AIAA Education Series, 1994. 

  8. CIRA-86, Advances in Space Research, Vol. 8, Numbers 5-6, 1988. 

  9. 이준호 외 4인, "KSR-III의 열해석 및 단열에 대한 연구," 한국항공우주학회지, 제28권 제7호, 2000, pp. 138-144. 

  10. L. Lees, Laminar heat Transfer over Blunt Nosed Bodies at Hypersonic Flight Speeds, Jet Propulsion, 1956. 

  11. H. W. Detra and H. Hidalgo, Generalized heat Transfer Fouae and Graphs, AVCO, Mach 1960, Research Report 72. 

  12. D. B. Spalding and S. W. Chi. "The Drag of a Compressible Turbulent Boundary Layer on a Smooth Flat Plate With and Without Heat Transfer", Journal of Fluid Mechanics, Jan 1964, Vol. 18. 

  13. 이준호, 오범석, "MINIVER를 이용한 공력가열 해석의 정확도 연구," KARI-SRD-TM 1999-005, 1999. 

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