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[국내논문] 위성 발사체 구조 개발을 위한 음향/진동 연구
An overview of acoustic and vibration research activities for the structural development of Korean space launchers 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.39 no.4, 2020년, pp.342 - 350  

박순홍 (한국항공우주연구원 한국형발사체개발사업본부)

초록
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본 논문은 우주 발사체 구조 개발을 위한 음향/진동 연구의 개요와 음향 해석 및 시험 기술의 국내 현황을 소개하고 있다. 먼저 발사체 운용중에 받는 동하중에 대하여 요약, 정리하고 위성체를 보호하기 위한 페이로드 페어링의 음향 하중 저감 설계 및 해석 방법을 소개하였다. 나로호부터 현재 한국형발사체 페이로드 페어링까지 음향 보호 시스템의 최적 설계를 위해 구조 진동-음향 연성 해석 성능의 향상을 도모하였으며, 이를 위한 연구 활동을 살펴보았다. 구체적으로 적층 구조가 다른 복합재료 실린더에 대한 음향 하중 저감 성능 해석 및 검증 시험, 음향 공명기 배열을 적용하기 위한 인클로저 음향 시험, 나로호 페어링 실린더부에 대한 음향 가진 시험 및 해석 등의 결과를 소개하였다. 현재 개발중인 한국형 발사체(누리호)의 페이로드 페어링 음향 하중 저감 해석 및 시험 결과를 소개하였으며 해석 결과가 실험 결과를 잘 예측함을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Acoustic and vibration research activities for the structural development of Korean space launch vehicles are introduced in this paper. Various dynamic loads exerted on a launch vehicle during its operation are summarized. The acoustical design method of payload fairings which protect satellites fro...

Keyword

표/그림 (17)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그리고, 동하중에 대한 발사체 부구조 및 전자 탑재물의 내구성을 확보하기 위한 진동 및 내구 해석 기술, 음향/진동 시험 평가 기술의 확보도 중요하다. 본 논문에서는 한국형 발사체 개발에 적용되고 있는 음향/진동 연구에 대해 소개하고, 특히 위성체를 보호하기 위한 페이로드 페어링의 음향 저감 설계 연구에 대하여 살펴본다.
  • 본 논문에서는 탑재 위성의 보호를 위해 주로 엔진 연소 및 대기 비행시 발생하는 음향 하중을 저감하기 위한 발사체 구조 설계 관련 연구 내용을 살펴보고자 한다.
  • 이와 같은 음향 하중을 저감하여 위성 등이 견딜 수 있는 기준 레벨 이하로 유지할 수 있도록 페이로드 페어링 구조를 설계하여야 한다. 구체적으로 페이로드 페어링의 차음 성능 향상 및 내부 공간의 흡음을 위한 흡음 기구 등의 설계 및 적용을 통해 위성체에 가해지는 음향 하중 수준을 최소화하는 것으로 목표로 관련 연구를 진행하고 있다.
  • 음향 공명기는 Ariane 5, Atlas V 발사체 등에서 사용된 바 있다. 이에 음향 블랭킷과 함께 음향 공명기 배열 시스템을 사용하여 음향 하중 저감 목표치를 만족시키고자 하였다. 음향 공명기 배열은 음향 블랭킷의 음향 하중 저감 성능이 떨어지는 저주파수 대역의 음향 모드(Fig.
  • 페이로드 페어링 내부 음향 하중 뿐만 아니라 탑재물의 랜덤 진동 수준의 예측 신뢰도를 높이기 위해 페이로드 페어링 및 탑재부 모델에 대한 신규 해석 모델을 구축하였다. 본 해석 모델은 발사체 전기체에 대한 진동-음향 연성 해석 모델을 구조 유한요소 및 음향 유한 요소 모델로 구성하고 최대 800 Hz의 주파수 대역 내에서 해석하는 것을 목표로 하였다. Fig.
  • 우주 발사체 구조 개발에서 음향/진동 관련 연구 개요와 우주 발사체에 작용하는 동하중을 살펴보았다. 그리고, 위성체를 보호하기 위한 페이로드 페어링의 음향 하중 저감 설계 및 검증 방법을 구체적인 예시를 통해 보였다.
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참고문헌 (9)

  1. H. Himelblau, J. E. Manning, D. L. Kern, A. G. Piersol, and S. Rubin, Dynamic environmental criteria, NASA Tech. Rep., HDBK-7005, 2001. 

  2. S.-H. Park, S.-H. Seo, J.-H. Han, and C.-W. Gong, "Acoustic and vibration mitigation, test and evaluation technology for space launch vehicle"(in Korean), Current Industrial and Technological Trends in Aerospace, 12, 115-126 (2014). 

  3. S.-H. Park, C.-W. Kong, Y.-S. Jang, and Y. Y. Moo, "Acoustic loads reduction of composite plates for nose fairing structure" (in Korean), Composite Research, 17, 15-22 (2004). 

  4. S.-H. Park, J. H. Han, S. H. Suh, and H. W. Jang, "Reduction of acoustic loadings by stacking variation of composite sandwich structures" (in Korean), Proc. KSAS Fall Conf. 1251-1253 (2015). 

  5. S.-H. Park and S.-H. Seo, "An empirical acoustic impedance model for the design of acoustic resonator with extended neck at a high pressure environment" (in Korean), Trans. Korean Soc. Noise Vib. Eng. 22, 1199-1205 (2012). 

  6. S.-H. Park and S.-H. Seo, "Low-frequency noise reduction in an enclosure by using a helmholtz resonator array" (in Korean), Trans. Korean Soc. Noise Vib. Eng. 22, 756-762 (2012). 

  7. S.-H. Park, "A design method of micro-perforated panel absorber at high sound pressure environment in launcher fairings," J. Sound Vib. 332, 521-535 (2013). 

  8. S.-H. Park, "Acoustic properties of micro-perforated panel absorbers backed by Helmholtz resonators for the improvement of low-frequency sound absorption," J. Sound Vib. 332, 4859-4911 (2013). 

  9. S.-H. Park, S. H. Suh, and J. H. Han, "Comparison of acoustic test and vibro-acoustic analysis results of a composite cylinder under external acoustic loading" (in Korean), Proc. Proc. KSAS Fall Conf. 1180-1183 (2014). 

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