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[국내논문] 국제우주정거장 내부 화재시 연기거동 및 감지특성에 관한 수치 모델링
A Numerical Modeling of Smoke Behavior and Detection for Fire Developed in International Space Station 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.26 no.6, 2012년, pp.51 - 56  

박설현 (한국항공우주연구원 항공우주융합기술연구소 우주과학연구팀) ,  이주희 (한국항공우주연구원 항공우주융합기술연구소 우주과학연구팀) ,  김연규 (한국항공우주연구원 항공우주융합기술연구소 우주과학연구팀) ,  황철홍 (대전대학교 소방방재학과)

초록
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국제우주정거장에서 화재발생은 승선한 승무원들의 생명과 직접적으로 연관된 사안이므로 선실내부에서 언제든지 발생할 수도 있는 화재의 초기 감지 및 진화는 우주정거장의 운영에 있어서 중요한 기술 중 하나이다. 본 연구에서는 국제우주정거장에서 각종 실험과 연구를 진행하는 가압모듈을 대상으로 환기, 연기거동 및 감지에 관한 수치모델링을 수행하였다. 수치모델링은 NIST에서 개발된 FDS(Fire Dynamic Simulator)를 사용하였으며, 부력이 작용하지 않는 국제우주정거장 내부의 무중력환경에서 발생된 화재의 연기거동패턴은 지상에서의 현상들과 큰 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 아울러 가압모듈에서 적용되고 있는 환기조건을 고려하여 수행된 연기거동 및 감지특성에 대한 수치 모델링 결과는 향후 무중력환경에 노출된 수 있는 우주선이나 대형우주구조물의 화재검출장비의 설계를 위한 기초적인 자료를 제공함은 물론 승선하게될 우주인이나 승무원들의 훈련자료로도 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The onset of fire on the International Space Station (ISS) is a critical problem that can threaten the life of crew members onboard and thus instantaneous fire detection and extinguishment technology has been considered as one of the most important aspects in the ISS operation. In the present study,...

Keyword

#International Space Station (ISS)   #Microgravity Fire   #Smoke detector   #Fire Dynamic Simulator (FDS)  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 무중력환경에서 발생된 화재를 실험적으로 모사하여 연기감지기의 성능을 검증하기란 거의 불가능한 일이다. 따라서 본 논문에서는 ISS의 미국 NASA 가압모듈인, Destiny모듈 내부 형상을 모델링하고 임의의 화염을 발생시켜 중력장 변화에 따른 연기입자 거동 및 감지에 특성을 수치해석을 통해 고찰해 보았다. 아울러 ISS 내부의 공기유동조건과 거의 동일한 조건을 수치모사 하여 화염을 통해 발생되는 연기입자의 이동 패턴을 살펴보고 이에 따른 연기감지기의 신호검출 특성을 조사해 보았다.
  • 따라서 본 논문에서는 ISS의 미국 NASA 가압모듈인, Destiny모듈 내부 형상을 모델링하고 임의의 화염을 발생시켜 중력장 변화에 따른 연기입자 거동 및 감지에 특성을 수치해석을 통해 고찰해 보았다. 아울러 ISS 내부의 공기유동조건과 거의 동일한 조건을 수치모사 하여 화염을 통해 발생되는 연기입자의 이동 패턴을 살펴보고 이에 따른 연기감지기의 신호검출 특성을 조사해 보았다.
  • 본 연구에서는 ISS의 미국 가압모듈인 Destiny 모듈을 대상으로 중력장의 변화에 따른 연기거동 및 감지특성을 환기유동조건과 연계하여 수치모델링을 수행하였다. 무중력환경에서 발생되는 화재의 연기거동 특성은 부력이 사라짐으로써 중력장환경과는 확연하게 다름을 알 수 있었고, 이에 따라 연기검출기의 위치도 지상과는 달리 바닥면쪽에 설치되어야 효율적으로 작동할 수 있음을 유추해 볼 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우주정거장에서 화재의 초기 감지 및 진화가 중요한 이유는? 국제우주정거장에서 화재발생은 승선한 승무원들의 생명과 직접적으로 연관된 사안이므로 선실내부에서 언제든지 발생할 수도 있는 화재의 초기 감지 및 진화는 우주정거장의 운영에 있어서 중요한 기술 중 하나이다. 본 연구에서는 국제우주정거장에서 각종 실험과 연구를 진행하는 가압모듈을 대상으로 환기, 연기거동 및 감지에 관한 수치모델링을 수행하였다.
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참고문헌 (14)

  1. J. H. Lee and K. H. Choi, "Space Laboratory-Pressurized Modules of the International Space Station", Current Industrial and Technological Trends in Aerospace, Vol. 1, No. 1, pp. 109-116 (2003). 

  2. J. H. Lee, Y. K. Kim and K. H. Choi, "Overview of Manned Space Expriment", Current Industrial and Technological Trends in Aerospace, Vol. 3, No. 2, pp. 79-71 (2005). 

  3. P. D. Ronney, "Understanding Combustion Process through Microgravity Research", Proceeding of Combustion Institute, Vol. 27, pp. 2455-2506 (1998). 

  4. R. Friedman, "Fire Safety in Spacecraft", Fire and Materials, Vol. 20, pp. 235-243 (1996). 

    상세보기 crossref

  5. http://spaceflight.nasa.gov/history/shuttle-mir/history/h-flinenger- fire.htm 

  6. S. Y. Mun and C. H. Hwang, "Performance Evaluation of FDS for Predicting the Unsteady Fire Characteristics in a Semi-Closed ISO 9705 Room", Journal of Korean Institute of Fire Science & Engineering, Vol. 26, No. 3, pp. 21-28 (2012). 

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  7. J. Smagorinsky, "Gerneral Circulation Experiments with the Primitive Equations", Monthly Weather Rev., Vol. 91, No. 3, pp. 99-164 (1963). 

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  8. G. D. Raithby and E. H. Chui, "A Finite-Volume Method for Predicting Radiant Heat Transfer in Enclosures with Participating Media", Journal of Heat Transfer, Vol. 112, No. 2, pp. 415-423 (1990). 

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  9. ISS User's Guide Release 2.0. 

  10. NASA, "Living Together in Space: The Design and Operation of the Life Support Systems on the ISS", TM- 98-206956 (1998). 

  11. J. E. Brooker, D. L. Urban and G. A. Ruff, "ISS Destiny Laboratory Smoke Dection Model", SAE paper 2007-01- 3076 (2007). 

  12. D. L. Urban, G. A. Ruff, T. Cleary, J. Yang, G. Molholland and Z. Yuan, "Dectection of Smoke from Microgravity Fire", SAE paper 2005-01-2930 (2005). 

  13. K. McGrattan, H. Baum, R. Rehm, W, Mell, R. McDermott, S. Hostikka and J. Floyd, "Fire Dynamics Simulator (version 5) Technical Reference Guide Volume 1: Mathematical Model", NIST Special Publication 1018-5, National Institute of Standards Technology (2010) 

  14. K. McGrattan, R. McDermott, S. Hostikka and J. Floyd, "Fire Dynamics Simulator (version 5) User's Guide", NIST Special Publication 1019-5, National Institute of Standards Technology (2010) 

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