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논문 상세정보

KSLV-1 1단 후방동체 상부 조합체 상세설계

KSLV-1 1st stage Rear Fuselage Upper Compartment Detail Design

초록

KSLV-1 1단 후방동체 상부 조합체 상세설계를 수행하였다. 동체 사이징 프로그램으로 기본적인 형상을 결정했다. 체결류 기본설계를 통하여 스킨-프레임, 스트링거-프레임의 체결류 선정하였다. 유한요소 프로그램을 통한 프레임 구조해석 및 인터페이스 확인을 통하여 프레임을 설계하였다. 또한 유한요소 프로그램으로 컷 아웃을 고려한 부분을 해석을 수행하여 구조 안전성을 확인하였다. 전단체결류 설계를 위하여 최대 전단하중에 대한 최대전단응력을 유한요소 방법으로 구하였다. 이러한 동체해석 사이징과 유한요소 및 체결류 선정 프로그램을 사용하여 후방동체 상부조합체의 상세설계를 수행하였다.

Abstract

In this study, a detail design was conducted for KSLV-1 1st stage Rear Fuselage Upper Compartment assembly. A basic structural sizing was done by the aircraft fuselage sizing in-house program. The frame structural design and the interface check were conducted by the FE and the CAD program. The structural margin of safety was conformed by FE analysis for the normal section model and duct cut-out section models which are the weakest parts of the rear fuselage. The shear stress analysis was performed for a fastener design of the skin-stringer which is most affected by the shear stress induced by the shear load.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
KSLV-1
KSLV-1은 어떻게 구성되어 있는가?
러시아와의 기술협력을 통한 1단 개발 및 국내개발로 이루어진 2단으로 구성되어 있다

KSLV-1은 러시아와의 기술협력을 통한 1단 개발 및 국내개발로 이루어진 2단으로 구성되어 있다. 본 연구는 러시아에서 개발한 1단 후방동체와 별도로, 국내에서 제작 중인 인터스테이지, 산화제와 연료탱크 및 탱크 연결부를 포함한 1단 동체의 한 부분으로 만들어진다.

발사체 동체 구조물 개발
발사체 동체 구조물 개발에 있어서 적용되는 구조형식에는 무엇이 있는가?
스킨-스트링거 보강 (세미-모노코크)구조, 아이소-그리드 (Iso-grid)보강구조, 및 샌드위치 구조 등

발사체 동체 구조물 개발에 있어서 적용되는 구조형식으로는 스킨-스트링거 보강 (세미-모노코크)구조, 아이소-그리드 (Iso-grid)보강구조, 및 샌드위치 구조 등이 있다. 구조효율성 및 제작성을 고려하여, 외국 발사체 (Delta-II, Arian-4, 5, 및 M-V)에서 주로 세미-모노코크 구조를 많이 채택하였다.

동체 사이징 프로그램
본 논문에서 동체 사이징 프로그램을 이용하여 러시아 CDR 자료의 하중에 대한 기본적인 구조설계를 수행한 결과는 어떠한가?
자체하중에 대한 구조마진은 컷 아웃이 없는 모델이 가장 작았다. 반경방향 변위가 가장 큰 모델은 케이블 컷 아웃 모델로 반경 안쪽으로 최대 2.14 mm 변형하는 것을 알 수 있다. 또한 등가 토오크 하중에 대해서 케이블 컷 아웃 모델의 전단응력이 43 MPa로 가장 크게 나왔다. 전단 체결류 안전여유는 최소 1.1 이상으로 안전한 것을 알 수 있다.

자체하중에 대한 구조마진은 컷 아웃이 없는 모델이 가장 작았다. 반경방향 변위가 가장 큰 모델은 케이블 컷 아웃 모델로 반경 안쪽으로 최대 2.14 mm 변형하는 것을 알 수 있다. 또한 등가 토오크 하중에 대해서 케이블 컷 아웃 모델의 전단응력이 43 MPa로 가장 크게 나왔다. 전단 체결류 안전여유는 최소 1.1 이상으로 안전한 것을 알 수 있다.

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참고문헌 (11)

  1. 1. 김광수, 이영무, "항공우주비행체 동체 주구조물 최적화 연구," 한국항공우주학회지, 제 28권, 제 5호, 2000, pp. 123-132. 
  2. 2. 김광수, 우경식, 임철호, "항공기 동체의 해석 및 구조 크기 최적화 연구," 한국항공우주학회지, 제 26권, 제 8호, 1998, pp. 118-129. 
  3. 3. KARI-SR-TN-1999-001-v.1-rev.1, 항공우주 비행체 동체 주 구조물 해석 및 사이징 프로그램 개발 
  4. 4. 김광수, 이영무, "3단형 과학로켓 탱크연결부 구조 설계/개발," 제 3회 발사체심포지움 논문집, 2002. 
  5. 5. 김광수, 유재석, 안재모, 장영순, 이영무, 이호일, 박영미, 조영길, "발사체 축소형 동체 제작 및 구조시험," 제 6회 발사체심포지움 논문집, 2005. 
  6. 6. 김광수, 유재석, 장영순, 이영무, "KSLV-1 복합재 동체 구조 개념 설계," 제 4회 발사체심포지움 논문집, 2003. 
  7. 7. DR13344PA00000, KSLV-1 기본안 1단 후방동체 설계검토 (I), 2004.10.5 
  8. 8. DR13344PA00000-0003, KSLV-I 1단 후방동체 기본 설계, 2007.11.20 
  9. 9. CDR Book 20 러시아 하중 자료 
  10. 10. E.F. Bruhn, Analysis and design of flight vehicle structures, S.R Jacobs & Associates, Inc., 1973 
  11. 11. MIL-HDBK-5H-Metalic Material 

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