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액체로켓 부스터를 부착한 한국형발사체의 발사 성능 분석
Performance Analysis of KSLV-II Launch Vehicle with Liquid Rocket Boosters 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.42 no.7, 2014년, pp.544 - 551  

양원석 (Department of Aerospace Engineering, Pusan National University) ,  최정열 (Department of Aerospace Engineering, Pusan National University)

초록
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발사체 개념설계 교육 및 추진기관 요구 분석에 활용을 목적으로 발사체 성능 해석 프로그램을 작성하였으며, 이를 이용하여 액체로켓 부스터를 장착한 한국형발사체의 성능해석을 수행하였다. 액체로켓 부스터의 성능은 75톤급 액체로켓엔진을 기본으로 하여 한국형발사체의 2단부 구조비를 참고하였다. 발사체의 성능해석은 700 km궤도를 목표로 부스터의 수를 2, 3, 4개로 늘려가며 분석하였다. 발사체 궤적은 비행환경을 고려한 2차원으로 가정하였다. 부스터를 장착하는 경우 탑재가능화물 무게는 3톤까지 증가함을 확인하였지만, 화물 능력은 상단부의 추력에 크게 제한받는 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A program of launch vehicle performance analysis is composed for the education of the conceptual design of launch vehicles and the requirement analysis for the propulsion system design. The program is applied for the mission analysis of space launch vehicles based on KSLV-II with liquid rocket boost...

주제어

#한국형발사체   #액체로켓부스터   #궤적해석  

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

문제 정의

  • 본 연구에서는 궤도 속도와 고도를 만족하는 최대의 화물 무게를 파악하기 위하여, 화물 무게를 증가시켜 가며 여러 차례의 해석을 수행하였으며, 궤도 조건을 만족하는 Table 5에 정리하였다. 이 결과에서 2개의 부스터를 장착한 경우 약 2.
  • 본 연구에서는 발사체 개념설계 교육 및 재사용 가능 추진기관 요구 분석에 활용을 목적으로 발사체 성능 해석 프로그램을 작성하였다. 작성된 프로그램은 알려진 한국형발사체의 사양 정보를 이용하여 항공우주연구원의 상세한 설계 결과와 비교하여 검증하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 한국형발사체의 75톤급 액체엔진을 이용하는 부스터를 대상으로 해석을 수행하였으며 구조비는 한국형발사체의 2단부 성능을 참고하여 Table 4와 같이 가정하였다. 본 연구에서는 한국형발사체에 부스터를 2, 3, 및 4개 장착한 발사체의 성능해석을 수행하였다[5].

가설 설정

  • 관성 비행은 발사체의 목표 고도가 높을 경우 수행되는 경우가 많으므로 본 연구에서는 관성운동은 감안하지 않고 각 단을 연속적으로 추진하도록 가정하였다. 따라서 본 연구에서는 추력각도 변화량(#)이 발사체 궤적 최적화의 변수이다.
  • 따라서 이 시험발사체를 부스터로 이용하는 경우 개발 기간 및 비용을 상당히 경감시킬 수 있을 것으로 여겨진다. 따라서 본 연구에서는 한국형발사체의 75톤급 액체엔진을 이용하는 부스터를 대상으로 해석을 수행하였으며 구조비는 한국형발사체의 2단부 성능을 참고하여 Table 4와 같이 가정하였다. 본 연구에서는 한국형발사체에 부스터를 2, 3, 및 4개 장착한 발사체의 성능해석을 수행하였다[5].
  • 마찰항력은 비행 마하수와 상관없이 (8) 식을 사용하여 계산하며 기저항력의 경우 관성비행과 동력 비행시 기저면의 압력이 다르므로 두 경우에 사용하는 식이 다르다. 본 연구에서는 관성비행 없이 각단이 연속적으로 추진됨을 가정하였으므로 비행 속도에 따라 아음속에서는 (9)식을, 초음속에서는 (10) 식을 사용하여 계산한다. 조파항력의 경우, 아음속 영역에서는 충격파가 발생하지 않기 때문에 조파항력은 0으로 계산하고 초음속 영역에서는 (11) 식을 사용하여 계산한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
발사체를 개량하여 발전시킨 경우 얻는 이점은 무엇이 있는가? 이 발사체들은 개발된 발사체에 부스터를 장착하거나 상단을 개량하여 발사성능을 업그레이드한 발사체이다. 이러한 발사체 시리즈는 개발되어 검증된 발사체를 기본으로 하기 때문에 개발기간과 개발비용도 절감할 수 있으며 위험 요소를 크게 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
대한민국의 발사체기술 및 제반시설에 관한 기술은 어떻게 습득하였는가? 발사체사업은 고부가가치산업으로 우주개발선진국을 주축으로 진행되고 있으며 그 규모가 점점 커지고 있다. 우리나라의 경우 나로호 사업으로 발사체기술 및 제반시설에 관한 기술을 습득하였으며 최근 국가우주위원회를 통하여 2040년까지의 우주개발진흥기본계획을 수립하였다. 이에 따르면 2020년까지 한국형발사체를 개발완료하고 이를 기반으로 차기 발사체를 개발하여 발사체 시장으로의 진출을 꾀하고 있다[1].
우주개발진흥기본계획은 어떤 내용을 포함하는가? 우리나라의 경우 나로호 사업으로 발사체기술 및 제반시설에 관한 기술을 습득하였으며 최근 국가우주위원회를 통하여 2040년까지의 우주개발진흥기본계획을 수립하였다. 이에 따르면 2020년까지 한국형발사체를 개발완료하고 이를 기반으로 차기 발사체를 개발하여 발사체 시장으로의 진출을 꾀하고 있다[1].
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참고문헌 (5)

  1. Choi, J.M., Lim, J.B., Park, J.H., "Trend and Prospect of Commercial Space Launch Vehicle Development and Korea Strategy on Global Space Launch Service Market Entry," The Journal of Aerospace Industry, 2013, pp. 53-65. 

  2. Sutton, G.P., Rocket Propulsion Elements, 6th ed., John Wiley & Sons Inc., New Jersey, U.S.A., 2010. 

  3. Fleeman, E.L., Tactical Missile Design, AIAA Inc., Virginia, 2001 

  4. Oh, B.-S., Lee, J.H., Roh, W.-R., Joe, M., Park, J.-J., Cho, G.-R., "The Conceptual Design of Launch Vehicle," Journal of Korean Society for Aeronautical and Space Science, 2002, pp. 130-141. 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. Noh, W. R., Cho, S. B., Sun, B. C., Choi, K. S., Jung, D. W., Park, C. S., Oh, J. S., and Park, T. H., "Mission and System Design Status of Korea Space Launch Vehicle-II succeeding Naro Launch Vehicle," Proceeding of the 2012 KSAS Fall Conference, TC2-2, 2012. pp. 233-239. 

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