$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

산화제 탱크의 와류방지장치 유동해석
Numerical Flow Analysis for Anti-Vortex Device (AVD) in Oxidizer Tank 원문보기

항공우주기술 = Aerospace engineering and technology, v.9 no.2, 2010년, pp.168 - 175  

장제선 (한국항공우주연구원 추진제어팀) ,  한상엽 (한국항공우주연구원 추진제어팀) ,  길경섭 (한국항공우주연구원 추진제어팀) ,  조인현 (한국항공우주연구원 추진제어팀)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

우주발사체용 액체추진제 공급시스템에서 산화제가 엔진으로 공급될 때 다양한 환경 또는 외력에 의해서 탱크 내부의 출구영역에서 와류가 발생한다. 이러한 swirl을 방지하기 위한 탱크 내부에 AVD(Anti-Device Vortex)라는 와류방지 장치를 설치한다. 유동해석을 통해 LOX(액체산소) 공급에 효율적인 와류방지장치의 성능을 확인하였다. AVD 개수와 길이에 따라 공급시간에 대한 질유량과 산화제 자유표면에서 swirl의 크기 등을 분석해서 최적의 크기와 개수를 도출하고 설계에 반영하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

During feeding oxidizer to the engine, vortices are occurred at lower dome of oxidizer tank inside by various working environments and external forces for liquid propellant feeding system of space launch vehicle. To eliminate the vortices or swirls Anti-Vortex Devices(AVD) shall be installed at insi...

주제어

#와류방지장치   #산화제   #탱크   #극저온   #액체산소   #와류  

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

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

제안 방법

  • 25초경과 후에 AVD를 장착하지 않은 상태에서는 탱크 내부에 헬륨과 액체산소의 경계면이 매우 복잡해지고 계산이 진행되기 위해서는 더 작은 격자가 필요하며 시간간격이 더 조밀해야 하므로 계산을 중단하였다. AVD를 장착한 경우에는 이러한 현상이 50초 후에 발생한다.
  • AVD 9가지 경우의 해석을 수행하기 전에 AVD를 장착하지 않은 경우의 해석을 수행하였다. 시간에 대한 산화제탱크 및 배관의 유동 변화를 그림 7,8에서 나타내었다.
  • 발사체 추진제 탱크에 적용할 AVD의 크기와 개수에 대한 9가지 경우의 유동해석을 수행하였다. AVD 직경을 1000, 2000, 3000mm 3가지 경우에 따라 장착개수를 4, 8, 12개로 변화시켜서 해석을 수행하였고 그 결과를 정리하였다.
  • 그림 4는 발사체 추진제 탱크에 적용될 AVD의 크기와 개수를 알아보기 위해 9가지 경우의 모델 형상이다. AVD 직경을 1000, 2000, 3000mm 3가지 경우에 따라 장착개수를 4, 8, 12개로 변화시켜서 해석을 수행하였다.
  • AVD가 장착되지 않았을 경우와 9가지의 AVD형상에 대한 LOX 거동 및 자유표면의 변화를 비교하였다. 자유표면에 위의 swirl분포, swirl 벡터 분포, 출구 질유량 변화, 출구단면에서의 swirl 크기를 비교하면 액체산소가 배출될 때 AVD를 2000mm이상으로 설치하는 것이 안정적일 것으로 판단된다.
  • 회전성분을 없애기 위한 그림 1과 같은 시스템에서 그림2와 같은 막을 산화제 탱크 하단에 설치하며 이를 AVD(Anti-Vortex Device)라고 한다.[1][2][3][4] 유동해석을 통해 LOX 공급에 효율적인 성능을 보장하는 AVD의 크기와 개수를 구하고 설계에 반영하고자 한다.
  • LOX의 원활한 공급을 위해서는 탱크 내부에 발생할 수 있는 와류(vortex flow)를 감소 또는 제거할 수 있는 AVD(Anti-Vortex Device)가 필요하다. 발사체 추진제 탱크에 적용할 AVD의 크기와 개수에 대한 9가지 경우의 유동해석을 수행하였다. AVD 직경을 1000, 2000, 3000mm 3가지 경우에 따라 장착개수를 4, 8, 12개로 변화시켜서 해석을 수행하였고 그 결과를 정리하였다.
  • 지금까지의 해석결과를 검토해 보면 AVD의 직경의 크기가 커질수록 액체산소(LOX) 자유표면 위의 swirl의 크기가 작아진다. 산화제 탱크의 액체산소 배출 시작 후 50초 후의 LOX 자유표면 위의 swirl의 분포를 비교하였다.
  • 유동해석 시 segregated solver를 이용하였고 차분은 2차 풍상차분법을 사용하였다. 초기에는 코리홀리 효과(coriolis effect)는 매우 작을 것으로 판단되어 일반적인 로켓의 회전속도를 고려한 임의의 회전속도로 초기 유동장에 Swirl을 주었고 유체의 거동을 살펴보았다. 초기 속도장은 다음과 같이 가정하였다.

데이터처리

  • AVD형상 변화에 대한 유동해석은 FLUENT 6.3을 사용하여 수치해석을 수행하였다. 지배방정식은 비압축성, 비정상상태로 고려하였다.

이론/모형

  • 지배방정식은 비압축성, 비정상상태로 고려하였다. Multi- phase 모델은 헬륨기체(He)와 액체산소(LOX)가 중력에 의해 경계면을 형성하는 VOF (Volume of Fluid)방법을 사용하였다. 유동해석 시 segregated solver를 이용하였고 차분은 2차 풍상차분법을 사용하였다.
  • Multi- phase 모델은 헬륨기체(He)와 액체산소(LOX)가 중력에 의해 경계면을 형성하는 VOF (Volume of Fluid)방법을 사용하였다. 유동해석 시 segregated solver를 이용하였고 차분은 2차 풍상차분법을 사용하였다. 초기에는 코리홀리 효과(coriolis effect)는 매우 작을 것으로 판단되어 일반적인 로켓의 회전속도를 고려한 임의의 회전속도로 초기 유동장에 Swirl을 주었고 유체의 거동을 살펴보았다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
발사체 추진제 탱크 내부에서 발생하는 와류는 어떤 문제점을 초래하는가? 그러나 발사체에서 발생할 수 있는 다양한 환경 또는 외력에 의해 추진제탱크 내부에 유체를 회전시켜 와류(vortex flow) 또는 swirl이 발생할 수 있다. 이러한 와(vortex)는 액체추진제의 공급을 방해하고 시스템 성능에 문제를 발생시킨다. 회전성분을 없애기 위한 그림 1과 같은 시스템에서 그림2와 같은 막을 산화제 탱크 하단에 설치하며 이를 AVD(Anti-Vortex Device)라고 한다.
산화제 액체산소 공급 시스템에 설치된 AVD의 역할은 무엇인가? 산화제 액체산소 공급 시스템에 설치되어 있는 AVD는 비행 중 시스템에서 회전력에 의해 발생할 수 있는 vortex(와, 회전성분)를 감쇠하거나 없애기 위한 장치이다. 공급계 유동장에서 발생되는 강력한 vortex는 원심력을 유발하여 유동을 반경방향으로 밀어내서 LOX의 원활한 공급을 어렵게 한다.
산화제 액체 산소 공급시스템의 탱크에 AVD를 설치하여 회전 성분을 감쇠시켜야 하는 이유는 무엇인가? 산화제 액체산소 공급 시스템에 설치되어 있는 AVD는 비행 중 시스템에서 회전력에 의해 발생할 수 있는 vortex(와, 회전성분)를 감쇠하거나 없애기 위한 장치이다. 공급계 유동장에서 발생되는 강력한 vortex는 원심력을 유발하여 유동을 반경방향으로 밀어내서 LOX의 원활한 공급을 어렵게 한다. 그림3과 같이 정지된 통 안의 유체를 회전시키면 유체는 원심력에 의해 벽면으로 치우쳐 올라가게 되고 가운데 영역은 파여서 내려간다. 만일 회전력이 더 크게 걸리면 유체는 벽면으로 더 치우치게 되고 가운데 영역은 기체로 채워지게 된다. 이러한 유동현상은 산화제를 공급하는 과정에서 LOX가 제대로 공급되지 못하고 가압가스인 헬륨이 연소실로 유입되어 시스템 성능에 손실을 가져온다. 이러한 현상을 방지하기위해 AVD를 탱크 하부에 설치하여 회전성분을 감쇠시켜야 한다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로