[논문]액체로켓엔진 시험-개선과정의 방법론

김철웅; 베르샤드스키 비탈리; 김상헌; 오승협

액체로켓엔진 시험-개선과정의 방법론
Methodical Aspects of Experimental Improvement on Working Capacity of Liquid Rocket Engine 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.13 no.1 = no.50, 2009년, pp.1 - 9

김철웅 (한국항공우주연구원 엔진팀) , 베르샤드스키 비탈리 (한국항공우주연구원) , 김상헌 (한국항공우주연구원 추진기관체계팀) , 오승협 (한국항공우주연구원 추진기관체계팀)

초록
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본 논문에서는 러시아에서 출간된 문헌들의 검토를 통하여 액체로켓엔진에 대한 시험-개선과정의 방법론적 측면을 고찰하였다. 그리고 러시아와 미국의 개발경험을 기초로 액체로켓엔진에 대한 시험-개선과정의 특징과 합리적인 실현방법을 명확히 하였다. 액체로켓엔진의 개발에 있어서 요구되는 수준의 신뢰도를 성취하고 물적 지출을 줄이기 위한 시험-개선과정의 행정 및 기술적인 해결법이 제시되었으며, 이와 같은 해결 방법들은 국내에서 개발되고 있는 액체로켓엔진에 적용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

As a result of the study on a number of the works, published in Russia, the methodical aspects of experimental improvement on working capacity of LRE (Liquid Rocket Engine) are reviewed. In the article, on the basis of the experience of Russia and USA, the special features of experimental improvement on working capacity of LRE and the methods of its rational implementation formulated. The organizational and technical solutions of experimental improvement on working capacity of LRE for achieving the required level of the reliability and decreasing the material expenditures are presented in the article. These suggested solutions can be used for the development of LRE.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

러시아와 미국의 경험을 바탕으로 가용한 물적 수단과 요구되는 기간 내에 신뢰성있는 액체 로켓엔진을 개발하기 위한 시험-개선 과정의 방법들을 고찰하였다. 그리고 시험-개선과정의 주요 개념들, 계획의 특성, 단독 및 종합 시험-개선 과정의 단계적 실현의 필요성, 적용되는 시험-개선과정의 완전성과 유효성의 평가 방법을 정리 하였다.
시험의 수행은 엔진의 작동 및 정보의 획득과 관련된 작업들의 총체이다. 모든 시험의 수행 목적은 시험대상의 기능 및 특성의 확인, 시험대상의 설계와 제작 및 운용과정 중 적용된 결정의 합리성을 판단하는데 필요한 정보를 얻는데 있다.
본 논문에서는 러시아에서 출간된 서적[1~15]중 액체로켓엔진의 시험-개선과정에 관한 자료를 분석하였고, 최소의 비용으로 요구되는 기간 내에 엔진시스템을 개발하기 위한 주요 방법들을 정리하였다.
본 논문에서는 러시아와 미국엔진들의 시험-개선과정 경험을 토대로 물적 지출을 줄이며 요구 되는 엔진의 신뢰도 수준에 도달하는 것을 가능 하게 하는 행정 및 기술적인 해결방법을 제시하였다.

제안 방법

러시아와 미국의 경험을 바탕으로 가용한 물적 수단과 요구되는 기간 내에 신뢰성있는 액체 로켓엔진을 개발하기 위한 시험-개선 과정의 방법들을 고찰하였다. 그리고 시험-개선과정의 주요 개념들, 계획의 특성, 단독 및 종합 시험-개선 과정의 단계적 실현의 필요성, 적용되는 시험-개선과정의 완전성과 유효성의 평가 방법을 정리 하였다.
예를 들면, 발사체 'Titan'(미국)과 'Vostok'(러시아)의 개발 프로그램에서 비행시험은 각각 30회 이상이 요구되었다. 많은 수의 사고, 비행시험의 적은 정보 생산수준, 발사체 제작 및 비행시험 준비와 수행에 있어서의 고비용은 시험-개선과정의 주요 부분을 비행시험에서 지상시험을 기반으로 수행하게 만들었다.
발사체 'Atlas-5'를 위한 RD-180의 개발 경험을 바탕으로 KSLV-1을 위한 RD-151의 시험개선 과정이 10기의 엔진과 100회의 시험으로 계획되었다.
개선된 진단 시스템을 이용하여 엔진 주요부의 작동능력을 검사하고 고장 가능성을 파악 하여 위험이 있을 시에 엔진을 보다 안전한 작동조건으로 낮춘다. 예로서 SSME의 시험에서는 진단시스템을 적용하여 엔진의 작동능력에 영향을 주는 주요파라미터들의 증가 속도를 평가하였다. 이로써 엔진의 각 구성품들의 작동한계 내에서 엔진 파라미터들에 대한 적절한 제어를 할 수 있었다.

대상 데이터

예로서 J-2 엔진의 첫 비행시험은 'Saturn 1'에서 수행되었고 RD-170의 시험은 'Zenit'에서 실시되었다.

성능/효과

2. 시험-개선과정을 통과했거나 기존 엔진에서 이미 사용되었던 구성품 및 단품을 이용하여 엔진의 초기 신뢰도와 구조적 완결성을 높인다. 예를 들면 엔진 RD-180의 제작 시 구성품의 75%는 이미 운용 중이던 RD-170과 동일한 것들이었으며, 이로써 발사체 'Atlas-3'을 위한 RD-180의 시험-개선과정은 단지 10개의 엔진과 90회의 hot fire test만으로 가능하였다.
3. 액체로켓엔진의 시험-개선과정으로 얻은 시험 데이터를 분석하여 엔진의 작동마진 평가방법과 작동과정의 수학적 모델링 기법을 향상시키고, 이를 이용하여 계산되는 주요 엔진 파라미터값들의 신뢰도를 높일 수 있다.
4. 시험엔진의 개수, 무고장 작동 총 시간과 한개 엔진의 평균 무고장 작동시간은 기존의 엔진개발경험을 근거하여 정해져야만 한다. 최근의 엔진개발 경험을 볼 때, 액체로켓엔진 60기를 이용하여 엔진의 단독시험의 수행하고자 한다면 각 엔진의 평균 무고장 작동시간으로 5회의 비행운용 사이클이 필요하고, 3회 사이클 이하의 무고장 작동시간 시 요구되는 엔진수는 150기까지 증가하게 된다.
5. 엔진을 재시동이 가능하게 만들고, 적은 긴장도와 위험성으로부터 높은 긴장도와 위험성으로 단계적인 시험을 수행하며, 시험-개선과정의 프로그램을 최적화한다. 예를 들면 시험수행 시 개별 운용인자들을 적용하지 않고 운용 인자들은 종합화한 최적 모사는 Table 3에 제시된 엔진들의 시험-개선과정 수행 시 물적 소비를 18%가량 감소시켰다.
6. 엔진의 보수용의성과 작동능력 마진의 관리를 통하여 연속된 시험에서 고장난 엔진의 구성요소들의 교환을 수월하게 한다.
7. 개선된 진단 시스템을 이용하여 엔진 주요부의 작동능력을 검사하고 고장 가능성을 파악 하여 위험이 있을 시에 엔진을 보다 안전한 작동조건으로 낮춘다. 예로서 SSME의 시험에서는 진단시스템을 적용하여 엔진의 작동능력에 영향을 주는 주요파라미터들의 증가 속도를 평가하였다.
9. 엔진의 지상 혹은 비행시험 시 무고장 작동확률이 0.95~0.98보다 클 때 발사체 단시험이 시작되어야 한다. 무고장 작동확률이 낮을 경우 엔진의 선행 비행시험은 이미 사용 중이거나 값싼 로켓에 장착하여 수행하는 것이 타당하다.
시험 프로그램 수행으로 시험대상에 대한 필요한 정보를 획득함으로써 수행된 시험-개선과정의 완전성을 확인할 수 있다. 시험-개선과정이 완료 시 엔진의 특성, 신뢰도, 가공성, 안전성, 운반성, 경제성, 심미성, 인간공학적임, 규격화 및 통일성, 특허권리 보호 등의 주요 품질 지표들이 요구수준에 해당할 때 시험-개선과정은 유효한 것으로 간주된다.
시험 프로그램 수행으로 시험대상에 대한 필요한 정보를 획득함으로써 수행된 시험-개선과정의 완전성을 확인할 수 있다. 시험-개선과정이 완료 시 엔진의 특성, 신뢰도, 가공성, 안전성, 운반성, 경제성, 심미성, 인간공학적임, 규격화 및 통일성, 특허권리 보호 등의 주요 품질 지표들이 요구수준에 해당할 때 시험-개선과정은 유효한 것으로 간주된다.
Table 3의 자료를 분석하면 시험-개선과정 수행 시 미국이 러시아보다 더 적은 수의 엔진을 사용했고, 평균 무고장 작동시간과 하나의 엔진을 이용한 반복시험 횟수가 많다는 것을 알 수 있다. 이로써 시험-개선과정의 수행에서 소모되는 엔진 개수는 각 엔진의 평균 작동지속시간 및 시동횟수가 증가할수록 감소함을 알 수 있다.
예로서 SSME의 시험에서는 진단시스템을 적용하여 엔진의 작동능력에 영향을 주는 주요파라미터들의 증가 속도를 평가하였다. 이로써 엔진의 각 구성품들의 작동한계 내에서 엔진 파라미터들에 대한 적절한 제어를 할 수 있었다.
우주왕복선 'Energia-Buran'(러시아)의 시험-개선과정에는 300개가 넘는 특수한 시험설비가 만들어졌고 그곳에서 7천회가 넘는 시험이 수행되었다. 지상시험의 증대로 인하여 비행 시 발사체의 신뢰도가 증가하였고, 비행시험의 횟수가 감소하였으며, 비행시험의 실패로 인한 물적 손실이 크게 줄어들었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	추진기관의 성공적인 개발을 위하여 최적의 시험-개선과정은 매우 중요하며, 어떤 이유들로 반드시 수행되어야 하나요?	- 엔진의 정상상태와 천이상태에 대한 수치모델이 없거나 불충분함으로 인하여 추진기관의 개발 시에 발생하는 많은 문제들은 오직 시험적인 방법으로만 해결 할 수 있다. - 다수의 시험결과에 의하여 축적된 경험만이 추진기관의 성능과 엔진시스템의 양적, 질적 특성이 요구조건과 일치하는지 여부에 대한 평가를 가능하게 해준다. - 액체로켓엔진은 막대한 추력과 극도로 긴장된 상태에서 작동하는 기계장비로서, 기능상 안전성과 높은 신뢰도는 오직 시험 결과로써만 검증될 수 있다.
	시험-개선과정은 어떤 과정인가요?	시험-개선과정은 시험대상이 운용조건에서 고장없이 안전하게 요구되는 기능을 수행 할 수있는지를 시험을 통하여 점검하고, 제작기술이나 시험대상의 구조를 변경하여 시험대상의 성능을 향상시키는 과정이다. 여기서 운용조건은 시험대상이 수행해야 할 작동영역 및 시험대상의 기능에 영향을 주는 내⋅외부 인자들을 말한다.
	로켓의 추진기관은 어떻게 이루어진 시스템인가요?	로켓의 추진기관은 액체로켓엔진을 중심으로 추진제 공급시스템, 제어 및 조절시스템, 측정 및 긴급진단시스템으로 이루어진 고도로 복잡한 기계시스템이다. 이러한 추진기관의 성공적인 개발을 위하여 최적의 시험-개선과정은 매우 중요하며, 다음과 같은 이유로 인하여 반드시 수행되어야 한다.

참고문헌 (15)

Zhukovskiy A.E., Kondrusev V.S., Okorochkov V.V. 액체로켓엔진시험. Mashinostroenie, 1992
Milenko. N. P., Serduk A.V. 액체로켓엔진 시험의 모델링, Mashinostroenie, 1975
Luarsabov K.A., Pron' L.V., Serduk A.V. 액체로켓엔진의 비행시험, Mashinostroenie, 1977
Aleksandrovskaya L.N., Kruglov V.I., Kusnetsov A.G. and others. 복잡 기술시스 템의 시험-개선과정 및 시험 이론, Logos, 2003
Kholodkov N.V. 편집. 우주비행체의 시험-개선과정. MAI, 1994
Gribanov V.F. 편집. 과학 및 국영 로켓-우주콤플렉스의 시험-개선 방법, Mashinostroenie, 1995
Kiselev A.I., Medvedev A.A., Menshikov V.A. 밀레니엄 말기에서의 우주비행공학,
Gubanov B.I. '에네르기아의 업적과 비극, IER, 1999
Katorgin B.I. 대추력 액체로켓엔진 제작의 전망. Journal '러시아 과학아카데미회보', 2004, No.3, 74권
Pirogov N.A., Rahmanin V.F., Chvanov V.K. 국제공동 협력에서의 우주기술 발전 전망. Journal 'Engine', 2007. No. 6
Zhezherya A.P. 에너지 긴장상태의 액체로 켓엔진의 진단 및 사고방지 기술의 발전 전망. Journal 'Energetika', 2003. No. 3
Bershadskiy V.A. 품질 검사와 관리. 교재, MGAPI, 2003
Afanas'ev I. '에네르고마쉬'가 엔진 RD-180 을 미국에 보냄. Journal '우주비행공학 소식 ', 2001. No. 1
Samarin G. 러시아와 미국의 액체로켓엔진의 시험-개선 방법의 비교분석, Journal
Gahun G.G. 액체로켓엔진의 구조와 설계, Mashinostroenie, 1989

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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