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산화제 개폐밸브의 힘평형에 관한 연구
A Study on the Force Balance of a Main Oxidizer shutoff Valve 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.37 no.8, 2009년, pp.812 - 818  

전재형 (과학기술연합대학원대학교) ,  홍문근 (한국항공우주연구원) ,  김현준 ((주)한화) ,  이수용 (한국항공우주연구원)

초록
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산화제 개폐밸브는 일반적으로 공압으로 포핏을 열고 닫음으로써 로켓엔진에 액체산화제유량을 제어한다. 상용되는 산업용 밸브와는 달리 현재 개발 중인 산화제 개폐밸브는 밸브는 효과적인 기밀을 위해 피스톤과 포핏이 접촉되어 있을 뿐, 분리되어 설계되어졌다. 밸브가 닫히는 동안 피스톤과 포핏이 떨어져서 움직이는 것을 피하고, 밸브의 전반적인 작동 성능을 파악하기 위해서 힘평형 해석이 수행되었다. 또한 더욱 정확한 해석을 위해, 마찰력과 포핏에 작용하는 힘을 각각 시험과 CFD 해석을 통해 구해내었다. 해석 결과를 통해 힘평형 해석에서 스프링, 마찰력과 공압부의 오리피스 크기와 같은 중요한 설계인자들의 영향을 알아보았으며, 현재 개발 설계중인 산화제 개폐밸브의 작동성능을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A MOV(Main Oxidizer shutoff Valve) controls the flow rate of liquid oxygen into the rocket combustor by opening and shutting operations piloted by a pneumatic force. In order to improve the effective design for sealing parts of poppet and piston assemblies, the poppet assembly has been designed to b...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 MOV 개발에 필수적인 힘평형 해석을 수행하였다. 먼저 예비해석으로 MOV 설계요소인 스프링,마찰력, 공압부의 오리피스 크기에 따른 밸브의 작동 성능을 살펴보았으며, 스프링 힘이 MOV 힘평형 설계를 제어하는 주요 설계 요소임을 알 수 있었다.

가설 설정

  • # 는 다른 값에 비해 매우 작을 것이므로 여기서는 무시한다. 그리고 pfAp는 포핏 위치에 대한 2차함수로 가정하고 마찰력은 상수로 두고 계산을 하여, 설계인자에 따른 영향을 알아보았다[3]. 식 (2)에서의 양변을 각각
  • 마찰력 시험에서의 밸브작동은 공압, 스프링 힘과 피스톤 마찰력에 의해서만 이루어진다고 가정한다. 시간에 대해 공압을 선형으로 가압과 해압할 수 있는 공압제어장치(Fig.
  • 피스톤 마찰력은 sleeve가 압축되는 정도와 작동환경에 따라 변화가 있을 것이라 가정 하고 시험을 수행하였다. 실제 작동환경인 극저온 상태에서의 마찰력을 알아보기 위해 시험이 이루어졌으며, 상온에서의 시험결과와 비교하여 환경에 따른 경향을 살펴보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
밸브 작동 시, 포핏이 닫히는 경우에 일체형 운동이 되지 않는 이유는 무엇인가? 밸브 작동 시, 공압에 의해 포핏이 열리는 경우에는 피스톤이 포핏을 밀어주기 때문에 일체형의 운동으로 간주할 수 있다. 그러나 닫히는 경우에는 공압이 빠져나가는 정도, 피스톤의 마찰력, 스프링에 의한 힘, 그리고 유동에 의해 포핏에 작용하는 힘 등이 피스톤과 포핏의 움직임에 영향을 미쳐 일체형 운동이 되지 않을 수 있다. 만약 피스톤의 관성력이 피스톤에 작용하는 저항력보다 커져 떨어져서 움직이게 된다면 피스톤이 밸브의 본체에 충격을 가하게 되므로 이를 피하기 위한 조건을 제시하여야 한다.
우주발사체 액체추진기관용 산화제 개폐밸브의 특징은 무엇인가? 우주발사체 액체추진기관용 산화제 개폐밸브(MOV, Main Oxidizer shutoff Valve)는 연소기에 산화제를 공급 및 제어하는 엔진부품으로, 일반적인 산업용 밸브에 비해 작동 조건이 매우 극한적이고 제한적이다. 압력손실과 무게를 최소화해야 할 뿐만 아니라, 동시에 요구되는 기밀성능을 유지해야 하는 등의 어려움이 있다.
산화제 개폐밸브가 설계와 제작에 이점을 가질 수 있는 이유는 무엇인가? 현재 개발 중인 산화제 개폐밸브(Fig. 1)는 효과적인 기밀을 위해 운동부인 피스톤과 포핏이 분리되어 있어 설계와 제작에 이점을 가질 수 있다. 이 밸브는 공압으로 작동 할 수 있는 구조를 가지고, 스프링, 유동의 흐름과 피스톤의 마찰력 등이 작동을 결정한다.
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참고문헌 (7)

  1. Moongeun Hong, Soo Young Lee, 2008,"On the Force Balance of a Main OxidizerShutoff Valve", KSPE Spring Conference, pp.14-17. 

  2. Taik-Dong Cho, Sang-Min Yang, 2007,"Experimental Study for PerformanceEvaluation of Gate Valve", Trans. of the KSME(B), Vol. 31, No. 10, pp. 884-888. 

  3. Taik-Dong Cho, Sang-Min Yang,Ho-Young Lee, Sung-Ho Ko, 2007, "A Studyon the Force Balance of an Unbalanced GlobeValve", Journal of Mechanical Science andTechnology, Vol. 21, pp. 814-820. 

  4. Jean-Luc Bozet, 2001, "Modelling of friction and wear for designing cryogenic valves", Tribology International, Vol. 34, pp. 207-215. 

  5. Claudio Garcia, 2008, "Comparison offriction models appled to a control valve",Control Engineering Practice 16, pp. 1231-1243. 

  6. Moongeun Hong, 2008, "Cv for MOV EMdesign", KARI-LVFD-TM-2008-003. 

  7. Tore Hagglund, 2002, "A friction compensator for pneumatic control valves", Journal of Process Control 12, pp. 897-904. 

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