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대형 로켓엔진시스템의 시동 시 유량제어 예측 모델링
Flow Rate Control Prediction Modeling for Large Liquid Rocket System During Engine Start Up 원문보기

한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집, 2011 Nov. 24, 2011년, pp.8 - 13  

정유신 (연세대학교 기계공학과) ,  김상훈 (연세대학교 기계공학과) ,  윤웅섭 (연세대학교 기계공학과)

초록
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본 연구에서는 대형 로켓엔진시스템의 시동 시 안정적인 유량공급을 위한 제어기 설계가 이루어졌다. 펌프, 오리피스, 제어밸브, 파이프, 인젝터 및 재생 냉각채널과 같은 엔진시스템 구성품들에 대한 동특성 모델링을 수행하였고 유량공급 제어가 가능한 밸브의 구동신호를 조절 가능한 PID 제어기를 설계하였다. 시동 시 안정적인 유량공급을 위하여 실험을 통해 얻은 밸브의 적정 개도율을 적용시켰으며, 이를 기준으로 하여 제어밸브의 작동신호를 조절하여 유량비를 제어하였다. 시뮬레이션 한 결과 제어기를 통해 시동 시 정상추력까지 유량공급을 제어 하는 방법이 적절함을 확인하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 개방형 로켓엔진시스템의 시동 시 연료의 공급을 안정적으로 공급하기위한 제어시스템을 구성하기 위한 연구로써, 시스템의 동특성을 예측하기 위해 이를 이루는 구성품의 동특성 모델링이 이루어졌고 유량제어를 위해 PID제어기를 설계하였다.
  • 본 연구에서는 시동운전 시 제어밸브가 정상상태에서 실험으로 결정한 적정개도로 작동하고 이후 연소실과 가스발생기에 공급되는 O/F ratio가 안정하게 유지시키는 제어기 제작을 목표로 하였다.
  • 본 연구에서는 개방형 로켓엔진시스템을 타깃으로 한다. 시동 시 천이특성을 예측하기위해 구성품의 압력강하, 유량조절, 추진제 공급제어 기구 등의 수학적 모델링과 가스발생기와 연소실로 공급되는 유량을 제어하기위한 알고리즘으로 구성된 통합프로그램의 개발을 목표로 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
엔진시스템 구성품에는 무엇이 있는가? 본 연구에서는 대형 로켓엔진시스템의 시동 시 안정적인 유량공급을 위한 제어기 설계가 이루어졌다. 펌프, 오리피스, 제어밸브, 파이프, 인젝터 및 재생 냉각채널과 같은 엔진시스템 구성품들에 대한 동특성 모델링을 수행하였고 유량공급 제어가 가능한 밸브의 구동신호를 조절 가능한 PID 제어기를 설계하였다. 시동 시 안정적인 유량공급을 위하여 실험을 통해 얻은 밸브의 적정 개도율을 적용시켰으며, 이를 기준으로 하여 제어밸브의 작동신호를 조절하여 유량비를 제어하였다.
압력변화를 예측하기위한 밸브모델은 무엇에 따라 달라지는가? 압력변화를 예측하기위한 밸브모델은 층류와 난류에 따라 달라진다. 수학적 모델은 다음과 같다.
동적성능 설계는 무엇이 주를 이루는가? 동적성능설계는 정상성능설계에서 도출한 구성품의 주요 설계파라미터를 바탕으로 구성품의 동특성모델을 작성하고 신뢰성 및 안정성을 예측하는 방법이 주를 이룬다. 로켓의 천이특성을 나타내는 구간, 즉 동특성이 주를 이루는 작동점에서 이를 예측하는 것은 매우 중요하다.
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