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[국내논문] DACS 추진기관의 핀틀 구동장치 고장을 허용하는 추력 분배기법 연구
Research for Thrust Distribution Method of DACS for Response to Pintle Actuating Failure 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.21 no.5, 2017년, pp.61 - 70  

기태석 (The 4th R&D Institute - 5th Directorate, Agency for Defense Development)

초록
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고체 추진제를 연료로 사용하는 DACS의 강인한 추력 분배기법에 대한 연구를 수행하였다. 추진기관이 제어해야 하는 추력의 자유도보다 많은 구동 노즐을 보유한 시스템에 대하여, 비정상적인 상황을 허용할 수 있는 강인한 추력제어 기법을 제안하였다. 추력 분배기법에 의해 각 노즐로 인가된 명령 대비 응답 노즐 목 면적 크기의 차이를 이용하여 추력 분배기법에 적용된 가중행렬을 실시간으로 변환시키는 기법을 적용하였다. 이를 통하여 오차가 발생한 노즐의 추력 분배 비율을 감소시키고, 결론적으로 시스템에서 발생되는 추력 오차를 감소시키도록 하였다. 제안된 기법에 대하여 DCS와 ACS 각각의 구동장치가 제어명령을 추종하지 못하는 임의의 고장조건을 모의하였고, 시뮬레이션을 통해 기법의 성능을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Robust thrust distribution method of solid DACS is researched. For the case of the system which has higher number of actuation nozzles than the degree of freedom of thrust to be controlled, the robust thrust allocation law which accommodate the abnormal operation is suggested. Assuming the situation...

Keyword

#궤도 및 자세 제어 시스템   #추력 분배   #가중행렬  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 DACS 추진기관의 압력 제어 보다는 추력 분배에 대한 연구 결과를 제시하였다. 또한 추력을 발생시키는 다수의 노즐이 하나의 연소관을 공유하는 DACS 추진기관의 특징을 고려하여, 고장 및 구동 장치 포화와 같은 비정상적인 환경에서 이에 대응할 수 있는 방법에 대해 연구하였다.
  • 본 논문에서는 DACS 추진기관의 압력 제어 보다는 추력 분배에 대한 연구 결과를 제시하였다. 또한 추력을 발생시키는 다수의 노즐이 하나의 연소관을 공유하는 DACS 추진기관의 특징을 고려하여, 고장 및 구동 장치 포화와 같은 비정상적인 환경에서 이에 대응할 수 있는 방법에 대해 연구하였다. 이를 위해서 노즐 목 면적 제어의 오차를 이용하여 가중행렬을 능동적으로 변환시키는 추력 분배 기법을 제안하고 해당 기법에 대한 검증을 수행하였다.

가설 설정

  • 개선된 가중행렬의 영향을 살펴보기 위하여 임의로 노즐이 고장난 비정상적인 상황을 모의하였다. 특정 노즐(DCS 2번)이 고장, 즉 노즐 목 면적 명령이 인가되어도 전혀 움직이지 않는 상황을 설정하고 시뮬레이션을 수행하였으며, 노즐 목 면적 오차는 계산할 수 있다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
직격 요격체이 기존의 요격 체계와 다른 점은?   최근 유도무기용 고체 추진기관은 다양한 체계에 적용되고 있는데, 이 중 직격 요격체는 탄두를 장착하여 폭발 범위로 근접하게 비행하게 하는 기존의 요격 체계와는 달리 요격체와 표적이 정확히 충돌해야 한다. 따라서 정확한 목표물탐지 및 고기동성과 정밀한 추력 제어 성능이 필수적이다.
고체 추진기관의 정밀 추력 제어 시 가장 효과적인 방법은? 고체 추진기관에서 정밀한 추력 제어를 수행하기 위해서는 핀틀 구동을 이용한 추력 제어 기법이 효과적이다. 핀틀 구조체를 사용한 추력 및 압력 제어의 선행 연구로 John과 Roberto[1]는 대칭성을 가지는 한 축의 핀틀 노즐 구조체를 대상으로 시스템을 모델링하고 연소관 내부 압력에 대한 제어기를 이론적으로 설계하여 실제 실험을 통해 검증하였으며, Christina와 Amy[2]는 이와 유사하지만 상온 시험을 통한 검증 과정을 추가하여 제어기 성능 검증의 절차를 더욱 체계적으로 구축하였다.
각 노즐에서 발생하는 추력이 노즐 목 면적 뿐만 아니라 연소실 압력에도 영향을 받는 것이 추력 분배 기법의 단순화에서 의미하는 점은? 위 식에서 알 수 있듯이, 각 노즐에서 발생하는 추력은 노즐 목 면적뿐만 아니라 연소실 압력에 의해서 결정된다. 즉 단순히 추력 요구를 만족시키기 위해서 노즐 목 면적을 변화시킬 경우, 연소실 압력의 변화가 발생하므로 정확한 추력을 발생시킬 수 없게 된다. 따라서 추력 분배 기법의 단순화를 위해서는 추력 발생에 의해 연소실 압력의 변화가 없어야 하며, 이는 추력 분배기법에 의해 발생하는 노즐 목 면적 변화의 합이 0이 되어야 함을 의미한다.
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참고문헌 (7)

  1. John, L.B. and Roberto, D.S., "Solid Rocket Motor Control: Theoretical Motivation and Experimental Demonstration," 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Huntsville, A.L., U.S.A., AIAA 2003-4968, Jul. 2003. 

  2. Christina, A.D. and Amy, B.G., "Variable Thrust Solid Propulsion Control Using Labview," 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Huntsville, A.L., U.S.A., Jul. 2003. 

  3. Niu, W.Y., Bao, W., Chang, J., Cui, T. and Yu, D.R., "Control System Design and Experiment of Needle-type Gas Regulating System for Ducted Rocket," Journal of Aerospace Engineering, Vol. 224, No. 1, pp. 563-573, 2010. 

  4. Morris, J.W., Carlson R.W., Peterson, K.L. and Reich, E.M.., "Multiple Pintle Nozzle Propulsion Control System," US Patent No. 5456425, Oct. 1995. 

  5. Joner, S. and Quinquis, I., "Control of an Exoatmospheric Kill Vehicle with a solid Propulsion Attitude Control System," AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit, Keystone, C.O., U.S.A., AIAA 2006-6572, Aug. 2006. 

  6. Lee, W., Eun, Y., Bang, H. and Lee, H., "Efficient Thrust Distribution with Adaptive Pressure Control for Multinozzle Solid Propulsion System," Journal of Propulsion and Power, Vol. 29, No. 6, pp. 1410-1419, 2013. 

    상세보기 crossref

  7. Park. I., Hong, S., Ki, T. and Park, J., "Pressure Guidance and Thrust Allocation Law of Solid DACS," Journal of Korean Society of Propulsion Engineers, Vol. 19, No. 2, pp. 9-16, 2015. 

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