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다목적함수 최적화 기법을 이용한 우주발사체의 포고억제기 설계
Pogo Suppressor Design of a Space Launch Vehicle using Multiple-Objective Optimization Approach 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.25 no.1, 2021년, pp.1 - 11  

윤남경 (Institute of Advanced Aerospace Technology, Seoul National University) ,  유정욱 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Seoul National University) ,  박국진 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Seoul National University) ,  신상준 (Institute of Advanced Aerospace Technology, Seoul National University)

초록
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포고 현상은 액체추진 로켓에서 발생하는 축방향의 동적 불안정 진동이다. 동체의 고유진동수와 추진제 공급계의 주파수가 가까와 지면 전체 시스템이 불안정 현상을 보인다. 포고 현상을 예측하기 위해 1단의 추진제 (산화제 및 연료) 탱크는 쉘 요소로, 나머지 구성 요소인 엔진 및 상단은 mass-spring으로 모델링하여 구조해석을 수행하였다. 추진제 공급계의 압력 및 유량 섭동예측에는 transmission line model이 사용되었다. 본 논문에서는 이와 같이 수행된 구조 및 유체 모델링을 통합하여 폐루프 전달함수를 구성하였다. 포고 억제기는 수동적인 방법으로 압력 섭동을 흡수하는 분 기관 및 accumulator로 구성되며 추진제 공급계 중간에 위치한다. 발사체의 비행과정 동안 포고현상을 억제하는 설계 최적화를 위한 설계변수로는 분기관 및 accumulator의 직경 및 길이로 설정하였다. 목적함수로는 포고 억제기의 질량, 그리고 추진제 질량에 따른 폐루프 전달함수의 에너지 최소화로 설정하여 다목적함수 최적화를 수행하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

POGO is a dynamic axial instability phenomenon that occurs in liquid-propelled rockets. As the natural frequencies of the fuselage and those of the propellant supply system become closer, the entire system will become unstable. To predict POGO, the propellant (oxidant and fuel) tank in the first sta...

주제어

참고문헌 (13)

  1. Larsen, C.E., NASA Experience with Pogo in Human Spaceflight Vehicles, NATO RTO Symposium ATV-152 on Limit-Cycle Oscillations and Other Amplitude-Limited, Self-Excited Vibrations, May 5, 2008. 

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  3. Hopkins Jr., J., Hopkins, J. and Isakowitz, S., International Reference Guide to Space Launch Systems, Fourth Edition, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. 2004. 

  4. Rubin, S., "Longitudinal Instability of Liquid Rockets Due to Propulsion Feedback (POGO)," J. Spacecraft and Rockets, Vol. 3, No. 8, pp. 1188-1195, 1966. 

  5. Anonymous, "rstool," https://kr.mathworks.com/help/stats/rstool.html. 

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  7. Michalopoulos, C.D., Clark, R.W. and Doiron, H.H., "Fourth Annual Thermal and Fluids Analysis Workshop : Acoustic Modes in Fluid Networks," NASA Conference, Cleveland, Ohio, US., 1992. 

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  9. Park, K.J., Yoo, J.U., Lee, S.H., Nam, J.H., Kim, H.J., Lee, J.Y., Roh, T.S., Yoh, J.J., Kim, C.A. and Shin, S.J., "Pogo Accumulator Optimization Based on Multiphysics of Liquid Rockets and Neural Networks," Journal of Spacecraft and Rockets 2020, pp. 809-822. 

  10. Park, K.J., Lee, S.H., Lee, S.G. and Shin, S.J., "Longitudinal Characteristics Analysis of a Space Launch Vehicle using One- and Three-Dimensional Combined Modeling for Pogo Prediction," 17-19 September 2018, Orlando, FL, 2018 AIAA SPACE and Astronautics Forum and Exposition. 

  11. Anonymous, "Advanced Dynamic Analysis User's Guide," DOC9180, MSC.Software Corporation 2014. 

  12. Lee, D,Y. and Choi, H.S., "A Study on the sloshing of Cargo Tanks Including Hydroelastic Effects," Journal of the Society of Naval Architecture of Korea, Vol. 35, No. 4, pp. 27-31, 1998. 

  13. Byeon, J.H., Cho, H.J., Baek, S.J., Prabowo, A.R., Bae, D.M. and Sohn, J.M., "Numerical approaches in idealizing mass of fluid in tank for ship vibration analysis," MATEC Web of Conferences, Vol. 159, 2018. 

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