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하이브리드 로켓의 추력제어 성능 향상에 관한 연구

Study of Thrust Control Performance Improvement for Hybrid Rocket Applications

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.15 no.1 = no.62, 2011년, pp.55 - 62  

최재성 (충남대학교 대학원 항공우주공학과) ,  강완규 ((주)LIG풍산프로테크) ,  허환일 (충남대학교 항공우주공학과)

초록
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본 연구에서는 하이브리드 로켓추력 제어 연소실험을 통하여 추력 제어 성능 향상을 위한 연구를 진행하였다. 추력 제어 명령에 따라 니들밸브와 결합된 스텝모터의 구동을 제어함으로써 산화제 유량을 조절하는 시스템을 구축하였다. 하이브리드 로켓 연소실험에서 사용된 산화제로는 기체산소($GO_2$)를 사용하였으며 추진제는 PE(Polyethylene)와 PC(Polycarbonate)를 사용하였다. 추력 제어 연소실험 초기에 발생되었던 추력섭동(Thrust Oscillation) 현상의 개선과 낮은 응답속도의 향상을 위해 연소실험 과정에서 산화제 배관의 유속 변화를 측정하고 원인을 분석하였다. 이를 보완한 연소 실험을 통하여 추력명령의 ${\pm}1$ N 이내에서 추력이 안정적으로 제어되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we tried to improve the thrust control performance through the thrust control combustion experiment of the hybrid rocket. We constructed the system which controls the oxidizer flow by combining a needle valve with a stepping motor and controlling the stepping motor drive according to ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 1차 연소실험은 하이브리드 로켓의 추력조절 가능성을 확인하는 목적으로 연소실험을 실시하였다. Fig.
  • 본 연구는 산화제 유량 제어를 통해 가능성을 확인한 연구를 통하여 높은 오차범위와 산화제 배관의 길이로 인한 추력 제어 실험의 문제점을 파악하고, 이를 보완하여 연소실험을 통해 안정적으로 추력을 제어함으로써 추력제어 성능을 향상시킬 수 있었다. 또한 추진제 변경을 통한 추력 제어 실험을 통하여 하이브리드 로켓의 추력제어 가능성을 확인하는 연구를 수행하였다.
  • 본 연구는 산화제 유량 제어를 통해 가능성을 확인한 연구를 통하여 높은 오차범위와 산화제 배관의 길이로 인한 추력 제어 실험의 문제점을 파악하고, 이를 보완하여 연소실험을 통해 안정적으로 추력을 제어함으로써 추력제어 성능을 향상시킬 수 있었다. 또한 추진제 변경을 통한 추력 제어 실험을 통하여 하이브리드 로켓의 추력제어 가능성을 확인하는 연구를 수행하였다.
  • 본 연구에서는 산화제 유량 조절을 통한 하이브리드 로켓의 추력 제어 성능 향상에 대한 연구를 진행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하이브리드 로켓 연구가 주목받는 이유는 무엇인가? 하지만 최근 하이브리드 로켓은 선진국을 중심으로 많은 연구 개발이 진행되고 있다. 하이브리드 로켓 연구가 주목 받고 있는 이유는 고체추진기관에서 발생할 수 있는 폭발사고가 발생하지 않는다는 안정성을 가지고 있다. 또한 액체 로켓보다는 비교적 간단한 구조로 산화제 유량제어를 통한 추력제어가 가능하고, 필요에 따라 엔진의 소화/재점화가 가능하며, 친환경적인 특성을 가지고 있다. 이러한 장점으로 인해 우주발사체 및 무기체계에 적용하기위한 많은 연구가 진행되고 있다[2].
공급 산화제의 유량을 제어하기 위해 어떻게 구성했는가? 2와 같다. 공급 산화제의 유량을 추력 명령에 맞도록 제어하기 위해서 니들밸브(N/V)에 스텝핑 모터(S/M)를 결합하여 구성하였다. 유량제어 시스템의 원리는 S/M가 회전함에 따라 N/V의 개폐량을 조절하고 산화제의 유동면적을 변화시킴으로써 유량을 조절하였다.
하이브리드 로켓이 1960년대까지 활발한 연구가 이루어지지 못한 이유는 무엇인가? 하이브리드 로켓 추진 개념은 70여 년 전에 독일의 Leonid Andrussow에 의해 처음 고안되었지만 1960년대 까지는 고체 추진과 액체 추진에 비해서 활발한 연구가 이루어지지 못했다[1]. 이는 저장성과 간결성을 요구하는 국방 분야에서의 고체로켓 선택과 고추력 성능을 통한 고성능 임무능력을 요구하는 우주개발분야에서의 액체로켓 선택으로 인해 비교적 많은 연구가 이루어지지 못한 것이다. 하지만 최근 하이브리드 로켓은 선진국을 중심으로 많은 연구 개발이 진행되고 있다.
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참고문헌 (9)

  1. 권민찬, 허환일, "하이브리드 로켓의 개념 소개 및 연구개발 동향 분석 I- 대형프로젝트 및 기업," 한국항공우주학회지, 제30권 3호, 2002, pp.146-154 

  2. 권민찬, 허환일, "하이브리드 로켓의 개념 소개 및 연구개발 동향 분석 II- 대학 및 아마추어," 한국항공우주학회지, 제30권 3호, 2002, pp.155-163 

  3. 용승주, 김태규, " $N_2O$ 촉매 분해를 이용한 하이브리드 로켓 자연 점화 연구," 한국추진공학회 춘계학술발표회 논문집, 2010, pp.202-205 

  4. 안성용, 진정근, 정은상, 권세진, "과산화수소 촉매 분해를 이용한 하이브리드 로켓 자연 점화," 한국추진공학회 추계학술대회 논문집, 2009, pp.499-506 

  5. 김학철, 김수종, 전두성, 우경진, 이정표, 문회장, 성홍계, 이진곤 "용융성 다이아프램을 이용한 하이브리드 로켓의 연소 특성 연구," 한국추진공학회 추계학술대회 논문집, 2010, pp.474-478 

  6. 오화영, 문성환, 허환일, "HTPB/ $GO_2$ 하이브리드 로켓의 산화제 유량제어," 한국추진공학회 추계학술대회 논문집, 2004, pp.251-254 

  7. 이용우, 강완규, 허환일, " $GO_2$ /PE 하이브리드 로켓의 추력제어를 위한 시스템 설계 및 기초실험," 한국추진공학회지, 제14권, 제1호, 2010, pp.40-47 

  8. 강완규, 허환일, " $GO_x$ /PC 하이브리드 로켓의 추력제어 환경에서 후퇴거리 예측," 한국추진공학회 추계학술대회 논문집, 2009, pp.526-529 

  9. 강완규, 최재성, 허환일. "하이브리드 로켓의 추력제어를 위한 추력 섭동 감쇄에 관한 연구," 한국추진공학회 춘계학술대회 논문집, 2010, pp.197-201 

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