한국형 발사체 지상고정 장치는 발사체 이륙시 엔진 최대 추력에서 고정을 해제 한다. 고정력을 일시에 제거하면 추진체가 탱크 내부에서 상하로 진동하는 Ka Doing a Doing a Doing Mode를 유발할 수 있으므로, 점진적으로 고정력을 제거하는 기능이 필요하다. 본 연구에서는 이를 만족하기 위해 축압기 및 파이로 밸브로 유압구동기를 작동하고 구동기내 오리피스로 속도를 제어하는 지상고정장치 유압시스템의 작동 시험을 수행하였다. 주요 설계변수 변화 의한 유압구동기 운동속도의 영향을 분석하여 이를 바탕으로 구동기 요구속도를 만족시킬 수 있는 유압구동기 설계값들을 도출하였다. 이를 통하여 최대추력에서 동작할 수 있는 발사체 지상고정 장치의 개발을 위한 공학적 기반을 마련하였다.
한국형 발사체 지상고정 장치는 발사체 이륙시 엔진 최대 추력에서 고정을 해제 한다. 고정력을 일시에 제거하면 추진체가 탱크 내부에서 상하로 진동하는 Ka Doing a Doing a Doing Mode를 유발할 수 있으므로, 점진적으로 고정력을 제거하는 기능이 필요하다. 본 연구에서는 이를 만족하기 위해 축압기 및 파이로 밸브로 유압구동기를 작동하고 구동기내 오리피스로 속도를 제어하는 지상고정장치 유압시스템의 작동 시험을 수행하였다. 주요 설계변수 변화 의한 유압구동기 운동속도의 영향을 분석하여 이를 바탕으로 구동기 요구속도를 만족시킬 수 있는 유압구동기 설계값들을 도출하였다. 이를 통하여 최대추력에서 동작할 수 있는 발사체 지상고정 장치의 개발을 위한 공학적 기반을 마련하였다.
The function of a vehicle holding device (VHD) is to securely hold a launch vehicle on the launch pad and release the launch vehicle at maximum thrust after engine ignition to allow lift-off of the launch vehicle. During the release of the launch vehicle, to prevent the Ka doing a doing a doing mode...
The function of a vehicle holding device (VHD) is to securely hold a launch vehicle on the launch pad and release the launch vehicle at maximum thrust after engine ignition to allow lift-off of the launch vehicle. During the release of the launch vehicle, to prevent the Ka doing a doing a doing mode, which is the vertical oscillation of the entire liquid propellant, the release of the launch vehicle should be gradual. In this study, for the gradual release of a launch vehicle, a hydraulic system comprising an accumulator and pyro valve to operate a hydraulic cylinder and control the speed of the cylinder with an orifice is introduced. Through a test, the influence of design variables on the cylinder speed is analyzed. Based on this, the design values of the hydraulic cylinder are determined. Through this study, the engineering basis for developing a VHD releasing a launch vehicle at maximum thrust is provided.
The function of a vehicle holding device (VHD) is to securely hold a launch vehicle on the launch pad and release the launch vehicle at maximum thrust after engine ignition to allow lift-off of the launch vehicle. During the release of the launch vehicle, to prevent the Ka doing a doing a doing mode, which is the vertical oscillation of the entire liquid propellant, the release of the launch vehicle should be gradual. In this study, for the gradual release of a launch vehicle, a hydraulic system comprising an accumulator and pyro valve to operate a hydraulic cylinder and control the speed of the cylinder with an orifice is introduced. Through a test, the influence of design variables on the cylinder speed is analyzed. Based on this, the design values of the hydraulic cylinder are determined. Through this study, the engineering basis for developing a VHD releasing a launch vehicle at maximum thrust is provided.
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가설 설정
일반적으로 발사체의 후방동체 하부에 4개의 발사체 지상고정장치가 장착되며 발사준비단계의 풍하중 등 각종 외부 하중으로부터 발사체를 견고하게 지지할 수 있도록 충분한 강도와 강성을 보유하여야 한다. 한국형 발사체는 수직방향으로 최대추력을 발생하는 시점에서 고정해제를 실시된다. 고정력을 순간적으로 해제하는 경우 발사체 탱크내의 추진제가 상하로 진동하는 현상이 발생할 수 있다.
제안 방법
오리피스 단면적만을 조절하여 속도를 조절하는 방식은 항공기 랜딩기어의 댐퍼에 적용되어 다양한 연구가 진행된바 있으나 [8,9] 이는 충격 흡수용이다. 본 연구에는 속도를 발생장치인 유압 구동기에 오리피스의 일종인 니들갭을 적용하여 오리피스 단면적 변화에 따라 유압구동기의 속도가 변화하도록 하였다.
본 연구에서 유압구동기 하강 속도제어는 구동기 내부의 오리피스를 설치하고 이의 단면적조절 만을 이용하여 수행하였다. 유압구동기의 운동속도는 상부챔버에서 하부챔버로 이동하는 유량에 의해 결정되는데 중간에 오리피스를 설치하여 유량을 조절함으로서 유압구동기의 속도를 조절하는 방식이다.
본 연구에서는 발사체 이륙시 엔진 최대 추력에서 발사체 고정을 해제하는 유압식 발사체 지상고정장치의 유압시스템을 시제품 제작하고 작동시험을 수행하여 운동 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 위의 연구에서 설계된 유압구동기 및 유압시스템 시제품을 제작, 운동 시험을 수행하여 설계를 검증하였으며 주요 설계 변수의 변화에 의한 유압구동기 운동 속도의 변화를 분석 하였다. 이를 통하여 최종적으로 요구조건을 만족하는 설계변수를 결정하였다.
본 연구의 최종 목표가 유압구동기의 운동 중간에 운동속도를 변경하는 것이므로 니들갭의 단면적을 운동 중간에 변화하도록 하여 속도 변경 가능여부를 확인하였다.
유압구동기 내부 오리피스의 단면적을 증가시켜도 구동기의 속도가 상승하지 않는 경우 유압시스템의 최후방에 있는 파이로 밸브의 단면적을 증가시켜 추가로 속도를 상승이 가능한지 실험적으로 확인하였다.
유압구동기 목표 속도가 운동 초기 속도 110 mm/sec 이하로 이며, 이후 380 mm/sec 이상으로 속도를 가속하는 것이므로 운동초기 오리피스 단면적을 41.04 mm2, 운동 중간 단면적을 428.04 mm2으로 확장되도록 가변 오리피스를 적용하여 유압구동기의 운동 속도 변화를 측정하였다.
주요 설계 변수인 니들갭 및 파이로밸브 단면적의 변화에 의한 유압구동기 운동 속도의 변화를 확인하기 위해 운동시험을 실시하였다.
주요 요구 기능인 “점진적 고정해제 요구조건”을만족하기 위해 고안된 유압 시스템에서 유압구동기 내부 오리피스만을 이용하여 목표 속도를 조절하는 방법을 해석 및 실험적으로 확인 하였다.
대상 데이터
유압구동기의 속도를 조절하는 주요 장치가 주 오리피스인 니들 갭이므로 니들갭의 단면적을 조절하면서 니들갭의 변화에 따른 속도의 변화추이를 확인하였다. Fig.
성능/효과
1) 니들갭의 단면적이 작아 유압구동기의 속도가 저속인 구간에서는 오리피스 (니들갭)의 단면적의 증가함에 따라 속도가 일정하게 증가한다.
2) 오리피스 단면적이 증가함에 따라 니들갭 전 후챔버간의 차압은 점차 감소하며 이에 의하여 유압구동기의 속도 증가는 점차 정체됨을 확인하였다.
3) 유압구동기 내부 오리피스의 단면적이 증가해도 구동기의 속도가 상승하지 않는 지점에서는 유압시스템의 최 후방에 있는 파이로 밸브의 단면적을 증가시켜 추가로 속도를 상승시킬 수 있음을 확인하였다.
4) 유압구동기 운동 중 오리피스 (니들갭)의 단면적을 증가시키는 방법을 제안하였으며 이를통하여 운동 중간에 속도를 효과적으로 가속 시킬 수 있음을 관련 실험을 통하여 타당성을 입증하였다.
이와같은 현상은 니들갭 단면적증가로 인해 증가된통과유량이 하부챔버에 정체되면서 하부챔버의 압력이 상승하며 하부 챔버와 중간챔버의 차압은 감소시킨다. 니들갭 전후단의 차압이 거의 같아지는 시점에서 속도조절용 오리피스의 기능은 상실하며 이때부터 단면적 증가에 의한 속도상승 효과는 없어짐을 알 수 있다.
실험결과, 중간 챔버와 하부 챔버의 차압이 없어 주 오리피스인 니들갭의 단면적 증가에도 속도가 증가하지 않는 경우 파이로 밸브의 단면적을 확장하면 하부 챔버의 압력을 낮추고 유압구동기의 속도를 상승 시킬 수 있음을 확인하였다.
오리피스의 단면적을 추가로 증가시키면서 유압 구동기의 속도를 측정한 결과 오리피스 단면적이 증가하면 유압구동기의 속도는 증가하고, 하부챔버의 압력은 상승하여 중간챔버와의 차압은 점점 감소함을 나타내었다. Table 2 및 Fig.
이와 같은 연구를 통하여 축압기와 파이로 밸브를 이용하여 유압구동기의 속도를 발생시키는 유압시스템에서 주 오리피스인 니들갭의 단면적 및 파이로 밸브의 단면적을 조절하여 유압구동기의 속도를 효과적으로 조절하였음을 확인하였으며 최대추력에서 발사체 고정을 해제할 수 있는 지상고정 장치의 개발을 위한 공학적 기반을 마련하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
점진적으로 고정력을 제거하는 기능을 만족하기 위해 어떠한 수행을 하였으며, 어떠한 결과를 가져왔는가?
고정력을 일시에 제거하면 추진체가 탱크 내부에서 상하로 진동하는 Ka Doing a Doing a Doing Mode를 유발할 수 있으므로, 점진적으로 고정력을 제거하는 기능이 필요하다. 본 연구에서는 이를 만족하기 위해 축압기 및 파이로 밸브로 유압구동기를 작동하고 구동기내 오리피스로 속도를 제어하는 지상고정장치 유압시스템의 작동 시험을 수행하였다. 주요 설계변수 변화 의한 유압구동기 운동속도의 영향을 분석하여 이를 바탕으로 구동기 요구속도를 만족시킬 수 있는 유압구동기 설계값들을 도출하였다. 이를 통하여 최대추력에서 동작할 수 있는 발사체 지상고정 장치의 개발을 위한 공학적 기반을 마련하였다.
점진적으로 고정력을 제거하는 기능이 필요한 이유는?
한국형 발사체 지상고정 장치는 발사체 이륙시 엔진 최대 추력에서 고정을 해제 한다. 고정력을 일시에 제거하면 추진체가 탱크 내부에서 상하로 진동하는 Ka Doing a Doing a Doing Mode를 유발할 수 있으므로, 점진적으로 고정력을 제거하는 기능이 필요하다. 본 연구에서는 이를 만족하기 위해 축압기 및 파이로 밸브로 유압구동기를 작동하고 구동기내 오리피스로 속도를 제어하는 지상고정장치 유압시스템의 작동 시험을 수행하였다.
한국형 발사체 지상고정 장치의 특징은 무엇인가?
한국형 발사체 지상고정 장치는 발사체 이륙시 엔진 최대 추력에서 고정을 해제 한다. 고정력을 일시에 제거하면 추진체가 탱크 내부에서 상하로 진동하는 Ka Doing a Doing a Doing Mode를 유발할 수 있으므로, 점진적으로 고정력을 제거하는 기능이 필요하다.
참고문헌 (9)
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