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문제 정의
- 3% 이내로 유지되어야 한다[5]. 따라서 공압실린더에 연결되어 있는 배관, 밸브 및 각종 장비의 누설은 공압실린더 내의 압력 섭동에 영향을 주기 때문에 실험에 임하기 전에 반드시 실시되어야 하며, 기밀시험을 통하여 공압실린더의 압력 섭동 조건을 파악하고자 한다.
- 현재까지 국내외적으로 이루어진 추력 측정 장치에 대한 연구는 플렉쳐, 판형스프링, 베어링 등을 이용하여 이루어졌으나, 초기 연소 시 발생하는 충격을 감쇠하여 추력 측정 장치를 보호하는 역할을 수행하고 있지는 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 미끄럼 방식의 이동 형 베드와 공압실린더를 이용하여 기존 추력 측정 장치의 문제점을 해결하고 액체로켓엔진의 추력 측정 시 추력 손실을 야기하는 요소를 최소화하는 추력 측정 장치를 개발하여, 저추력 액체로켓엔진의 추력 측정 정확도를 높이고자 한다.
- 또한, 본 연구는 단순히 추력 측정 장치의 개발로 끝나는 것이 아니라, 추력 측정 신뢰도 평가 시 고려되는 주요 인자들에 대한 연구를 수행하여 이 인자들을 활용한 추력 측정 장치의 신뢰도 평가 기법 및 절차를 확립하고자 한다.
- 우주항공 산업과 유도무기의 발달로 여러 종류의 다양한 고성능 추진기관의 개발이 요구됨에 따라서 정확한 추력 계측이 요구되고 있다. 본 논문은 이러한 추세에 대응하여 비행체 자세 제어용 추력기와 같은 저추력을 발생하는 액체 추진기관의 추력을 측정할 수 있는 추력 측정 장치(Thrust Measurement System : TMS)에 대한 연구를 수행하였다. 저추력 엔진은 추력 범위가 낮아 추력 측정오차가 측정된 추력에 미치는 영향이 고추력 엔진보다 매우 높으므로 보다 정교한 추력 측정을 위해서는 추력 측정 오차를 최소화할 수 있는 추력 측정 장치가 필요하다.
- 본 연구에서는 벨로우즈 형식의 공압실린더를 바탕으로 추력 측정 시 순수한 액체로켓엔진의 추력에 반하는 요소를 최소화한 추력 측정 장치를 개발하여 액체추진제를 사용하는 저추력 로켓엔진의 추력 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 기반을 마련하였다. 이와 더불어 공압실린더의 댐핑 효과로 연소 초기에 발생하는 충격으로부터 추력 측정 장치를 보호할 수 있도록 하였다.
- 개발된 추력 측정 장치의 성능 검증은 정확한 추력 측정을 위해 꼭 수행되어져야 하지만, 현재까지 개발된 추력 측정 장치에는 마땅한 검증 기법이 확립되어 있지 않다. 본 연구에서는 액체 추진제를 사용하는 저추력 로켓엔진의 추력 성능을 검증하기 위한 추력 측정 장치를 개발하였으며, 추력 측정 장치의 신뢰도 평가 기법 및 절차를 확립하기 위하여 신뢰도 평가에 영향을 미치는 주요 요소들에 대한 연구를 수행하였다. 추력 측정 장치의 신뢰도 평가는 기밀시험, 충격시험, 정적하중시험을 통하여 이루어진다.
- 본 연구에서는 추력 측정 장치 및 주변 장치들의 고유진동수를 파악하기 위하여 충격시험 (impact test)을 수행하였다. 측정된 고유진동수를 통하여 액체로켓엔진의 연소 불안정에 영향을 미치는 추진제 공급시스템에서 발생할 수 있는 저주파 및 중주파 대역과의 공진 발생가능성 유무를 판단하였으며, 이 주파수 대역의 감쇠를 통하여 로켓엔진 보호 및 추력 측정 장치의 안정성을 확보하여 추력 측정 장치의 추력 측정 정확도를 높이고자 한다[3,4].
- 본 연구에서는 추력 측정 장치 및 주변 장치들의 고유진동수를 파악하기 위하여 충격시험 (impact test)을 수행하였다. 측정된 고유진동수를 통하여 액체로켓엔진의 연소 불안정에 영향을 미치는 추진제 공급시스템에서 발생할 수 있는 저주파 및 중주파 대역과의 공진 발생가능성 유무를 판단하였으며, 이 주파수 대역의 감쇠를 통하여 로켓엔진 보호 및 추력 측정 장치의 안정성을 확보하여 추력 측정 장치의 추력 측정 정확도를 높이고자 한다[3,4].
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