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우주발사체 지상고정장치 유압시스템 설계 및 해석
Design and simulation of hydraulic system for launch vehicle holding device 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.44 no.12, 2016년, pp.1087 - 1094  

김대래 (Korea aerospace research institute) ,  양성필 (Korea aerospace research institute) ,  이재준 (Hyundai heavy industries) ,  김범석 (Hyundai heavy industries) ,  이영신 (Chungnam National University)

초록
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발사체 지상고정장치는 지상운용시 발사패드에 기립된 발사체를 견고하게 지지하다가 발사시점에서 고정장치를 해제하여 발사체를 이륙하도록 하는 장치이다. 엔진점화이후 발사체 최대추력에서 발사체 고정의 급격한 해제는 Ka Doing a Doing a Doing 현상을 발생시켜 발사체 구조에 심각한 손상을 초래한다. 따라서, 발사체 지상고정장치는 고정력을 점진적으로 해제하기위한 기능이 요구된다. 또한 총 4개 고정장치의 해제 동작은 대단히 정밀하게 동시에 작동 하여야 한다. 본 연구에서는 복잡한 유압기기 없이 축압기 및 파이로 밸브에 의해 유압구동기의 속도를 발생시키고 오리피스로 속도를 제어함으로써 요구조건들을 충족하는 유압시스템을 제안하였다. 다물체 동역학 해석 및 Amesim을 이용한 유압시스템 해석을 통하여 유압구동기 목표속도를 도출하고 목표 속도를 만족하기 위한 오리피스의 단면적을 산출하였다. 이와 같은 연구를 통하여 복잡한 유압기기 없이 동작하는 신뢰도 높은 유압시스템을 설계하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The responsibility of the vehicle holding device (VHD) is to hold the launch vehicle while it is stayed on launch pad and release the holding mechanism to allow a lift-off of launch vehicle at a moment of lift-off. During a release of the holding mechanism, in order to prevent the Ka doing a doing a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 오리피스 단면적만을 조절하여 속도를 조절하는 방식은 항공기 랜딩기어의 댐퍼에 적용되어 다양한 연구가 진행된바 있으며 [9][10], 본 연구에는 오리피스의 일종인 니들갭을 유압구동기에 적용하여 구동기의 속도를 분석하였다. 김대래등[11]은 구동기 내부 니들갭의 단면적 조절방식을 이용하여 구동기 운동속도조절 가능성을 확인한바 있으며, 본 연구에서는 구동기의 요구속도 및 이를 만족하기 위한 니들갭 단면적을 도출하는 과정을 구체적으로 제시하였다.
  • 본 연구에 부여된 접촉 유지시간 요구조건 250 msec이상을 만족하기 위한 유압구동기의 속도 목표 속도를 산출하기 위하여 다물체 동역학 모델에서 유압구동기의 운동 속도를 변화시키면서 접촉 유지시간을 해석적으로 확인하였다.
  • 본 연구에서는 유압식 발사체 지상고정장치에 적용되는 유압시스템의 설계 및 해석을 수행하였다.
  • 이에 따라 본 연구에서는 한국형 발사체에 적용되는 발사체 지상고정장치에 대하여 주요 요구조건을 기술하고 이 요구조건을 만족하기 위한 설계 및 해석 결과를 기술하였다.
  • 이와 같은 연구를 통하여 복잡한 유압시스템의 사용없이 유압구동기 내부 니들갭을 이용하여 우주 발사체 발사시 수직방향 동하중을 저감시킬 수 있는 발사체 지상고정장치의 설계 방법론을 제시 하였다.
  • 이와같이 발사체 지상고정장치의 접촉유지 요구조건 및 동시작동요구조건을 만족시키기 위해 4개 구동기의 정확한 속도제어 및 동기화가 유압시스템 설계의 중요한 목표이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
발사체의 역할은? 발사체는 발사전 지상 발사운용단계에서 상당한 시간동안 지상에서 기립된 상태에서 준비작업을 수행한다. 기립된 발사체는 최대 12~15m/sec정도의 풍하중 및 각종 외란요소에 의해 전도되는 힘을 받게 되므로 이를 방지하기 위해발사체의 하부에서 발사체를 고정시키는 장치가필요하며 이를 “발사체 지상고정장치 (Vehicle Holding Device, VHD)”라 한다.
발사체 지상고정장치란? 발사체 지상고정장치는 지상운용시 발사패드에 기립된 발사체를 견고하게 지지하다가 발사시점에서 고정장치를 해제하여 발사체를 이륙하도록 하는 장치이다. 엔진점화이후 발사체 최대추력에서 발사체 고정의 급격한 해제는 Ka Doing a Doing a Doing 현상을 발생시켜 발사체 구조에 심각한 손상을 초래한다.
유압구동기의 필요조건은? 또한, 총 4개의 발사체 지상고정장치에 장착된 4개의 유압실린더의 수축동작이 반드시 일치하여야한다. 각각의 발사체 지상고정장치 고정해제동작 허용 시간차는 약 20~40 msec 이내로 매우 정밀한 작동의 동기화가 필요하다.
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참고문헌 (12)

  1. S. Gravitz, "Saturn V thrust buildup and vehicle release dynamics", AIAA 2000-1675, Proceeding of 41st Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference and Exhibit, 2000 

  2. V. Colovyev, "Cosmos rocket complex Zenit" Moscow Aviation Institute, 2003 

  3. O. Kushnariov, "Technical report - system characteristics and technical configuration of the ground complex of KSLV-II space launch system", Yuzhnoye State Design Office, 2014 

  4. A. Rudolph, "Saturn V flight manual", Georgy C. Marshall Space Flight Center, 1968 

  5. P. Blelloch, G. Antal and W. Peleti, "Simulation of Atlas lift off event", AIAA-92-2085-CP, Proceeding of AIAA Dynamics Specialist Conference, 1992 

  6. D.R. Samson, "Development of the Blue Streak satellite launcher", Pergamon Press, 1963 

  7. J. Singaravelu, P. Purushothaman, S. Thomas and K.G. Pillai, "Reliability and quality assurance experience in launcher hold and release system used in GSLV", Defence Science Journal, Vol. 52, No. 1, 2002, pp. 21-25 

  8. P. Purushothaman, "Launcher hold and release mechanism for GSLV", Proceeding of 7th European Space Mechanisms and Tribology Symposium, 1997, pp. 287-290 

  9. Yeh-Sun Hong, Yong-Cheol Kwon, Chong- Hyeok Kim, Seol-Hye Park, Ho-Yeol Park and Sang-Beom Kim, "Design of sharp-edged type damping orifices for an aircraft door damper", Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, 40 (12), 2012, pp. 1080-1085 

  10. Jae-Do Han, Yeon-Sik Kang, Oh-Sung Ahn and Young-Shin Lee, "A study on parameters of SUAV landing gear orifice", Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, 37 (1), 2009, pp. 99-104 

  11. Dae Rae Kim, Seong Pil Yang, Jaejun Lee, Bum Suk Kim and Young-Shin Lee, "Conceptual design of vehicle holding devices used for reduction of dynamic load during launch vehicle release", Proceedings of 2016 KSAS fall conference, 2016, pp. 427-428 

  12. Bum Suk Kim, Jong Su Kim, Seong Pil Yang and Dae Rae Kim, "Dynamic analysis of vehicle holding device considering the dynamic characteristics of launch vehicle and hydraulic cylinder", Proceedings of KSME 2016 Dynamics and Control Spring Annual Meeting, 2016, pp. 30-31 

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