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상온기체 모사장치를 이용한 가변추력 고체추진기관의 압력제어 연구
A Study on Pressure Control for Variable Thrust Solid Propulsion System Using Cold Gas Test Equipment 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.37 no.1, 2009년, pp.76 - 81  

이호성 (국방과학연구소) ,  이도윤 (국방과학연구소) ,  박종승 (국방과학연구소) ,  김중근 (국방과학연구소)

초록
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본 논문에서는 가변 추력 고체추진기관을 모사할 수 있는 상온기체 시험장치를 이용하여 고체추진기관의 연소실 압력을 능동적으로 제어할 수 있는 비선형 압력 제어알고리듬을 제안하였다. 제안된 제어기법은 고체추진기관의 비선형성과 시변성을 고려하여 설계되었으며, 압력 및 온도조건 등에 따른 물리적 변수들의 변화를 적응제어 알고리듬을 통하여 보상하였다. 비선형 압력제어 알고리듬의 효과를 상온기체 모사장치를 이용한 압력제어 실험을 통하여 검증하였으며, 실험결과 일반적인 비례 제어기 및 비례-적분 제어기에 비하여 제안된 제어기법이 더 좋은 압력제어 성능을 보임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A nonlinear pressure controller to actively regulate the thrust of a solid propulsion system is presented. To compensate for the parametric uncertainties with respect to the chamber pressure induced by changing nozzle throat area, Lyapunov-based parameter adaptation method has been applied. In order...

주제어

#가변추력 고체추진기관   #비선형 압력제어   #시변 시스템  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 가변 추력 고체추진기관의 상온기체 모사장치를 소개하고 시스템의 비선형성과 시변성 및 불확실성을 고려한 비선형 압력 제어기를 제안하였다. 제안된 압력 제어알고리듬은 상온기체 모사장치의 압력제어에 적용되었으며 실험을 통해 성능을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 고체추진기관의 시변성/비선형성/시스템 불확실성을 고려한 비선형 제어 알고리듬을 개발하고 상온기체 모사장치를 통해 검증하였다. 상온기체 모사장치는 고체추진기관의 시변성을 모사하기 위해 개발되었으며, 이를 통해 설계된 제어알고리듬을 검증하고 실제 고체추진기관의 연소시험에서 발생할 수 있는 다양한 문제점들을 예측하여 연소시험의 가능성을 확인하고 연소시험의 횟수를 줄여 비용을 절감할 수 있다.
  • 상온기체 모사장치는 가변 추력 고체추진기관과 마찬가지로 공기 챔버의 압력 P1이 원하는 압력 궤적 P1d을 추종하도록 핀틀 구동기를 이용하여 노즐의 목 면적 Aout을 제어하는 것을 목적으로 한다. 노즐 목 면적 Aout을 제어 입력 u으로 할 때 제어기 설계상의 편의를 위하여 식 (2)를 다음과 같이 표현할 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
상온기체 모사장치의 실린더는 어떻게 나뉘는가? 상온기체 모사장치는 피스톤에 의해 크게 두 부분(유압유 챔버, 공기 챔버)으로 나뉘는 실린더와 노즐 목 면적을 조절하는 핀틀 구동기로 구성된다. 먼저 공기 챔버는 고체추진기관의 자유공간 즉, 연소실에 해당하는 부분으로 P0의 압력을 가지는 공기가 음속 노즐(Sonic Nozzle)을 통과하여 공기 챔버에 공급되고 공급된 공기는 핀틀 구동기에 의해 면적이 조절되는 노즐을 통과하여 외부로 배출된다.
고체추진기관의 단점은 무엇인가? 고체추진기관(Solid Propulsion System)은 추진제의 그레인 형상과 노즐 목의 크기가 결정되면 추력의 크기를 임의로 조절할 수 없어 추력의 크기를 조절할 필요성이 있는 시스템에서는 주로 액체추진기관(Liquid Propulsion System)을 사용하여왔다. 최근 기술선진국에서는 액체추진기관과 같이 추력의 크기를 임의로 조절할 수 있고 고체추진기관의 장점을 동시에 지니는 가변 추력 고체추진기관(Variable Thrust Solid Propulsion System)에 대한 연구[1, 2]가 활발히 진행되고 있다.
가변 추력 고체추진기관의 상온기체 모사장치를 소개하고 시스템의 비선형성과 시변성 및 불확실성을 고려한 비선형 압력 제어기를 제안한 본 논문의 결과는 무엇인가? 본 논문에서는 가변 추력 고체추진기관의 상온기체 모사장치를 소개하고 시스템의 비선형성과 시변성 및 불확실성을 고려한 비선형 압력 제어기를 제안하였다. 제안된 압력 제어알고리듬은 상온기체 모사장치의 압력제어에 적용되었으며 실험을 통해 성능을 확인하였다. 제안된 비선형제어기와 적응 알고리듬은 일반적인 비례 제어기 및 비례-적분 제어기에 비하여 더 우수한 압력제어 성능을 보임을 확인할 수 있었다.
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참고문헌 (4)

  1. John L. Fergmans, Roberto Di Salvo, "Solid Rocket Motor Control: Theoretical Motivation And Experimental Demonstration", 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 2003. 7. 

  2. Christina A. Davis, Amy B. Gerards, "Variable Thrust Solid Propulsion Control Using Lbaview", 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 2003. 7. 

  3. Blain W. Andersen, "The Analysis and Design of Pneumatic Systems", John Wiley, 1967. 

  4. Hassan K. Khalil, "Nonlinear Systems", Prentice Hall, 1996. 

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