공압구동용 솔레노이드밸브의 동특성 해석

Analysis of Dynamic Characteristics of Pneumatic Driving Solenoid Valve

우주발사체 추진기관 공급계에서 공압구동용 솔레노이드밸브는 제어시시템의 명령이 주어지면 구동가스 배관의 통로를 개폐해서 공압제어장치를 작동시킨다. 공압구동용 솔레노이드밸브의 제작에 앞서 설계검증 및 기본적인 작동특성을 분석하기 위해 AMESim 상용코드를 이용하여 해석모델을 수립하였다. 입구압력에 따른 작동시간을 시험결과와 비교하여 모델을 검증하였고 내부유동 해석결과 (FLUENT)를 이용하여 3차원 형상을 고려하여 모델의 정확도를 높였다. 밸브모델을 이용하여 다양한 설계변수에 따른 밸브의 개폐압력, 작동시간을 계산하여 설계인자 검증 및 작동성능을 분석하였다. 설계변수인 컨트롤밸브의 시트 형상, 주 밸브와 배출밸브의 시트 형상, 실링 직경비, 컨트롤 캐비티부피에 대해 밸브의 동특성 해석을 수행하였다. 해석을 통해 밸브 개폐작동시간, 작동성능, 개방압력을 예상하였다. 본 연구 결과는 한국형발사체 공급계 공압구동용 솔레노이드밸브의 설계/해석능력을 확보하고 밸브의 개발과정에서 효율성을 높일 수 있으며 파생형 밸브의 설계 및 선행연구에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

A pneumatic driving solenoid valve operates pneumatic control devices by opening/closing operating flow passage when the command is given by control system for the liquid-propellant feeding system of space launch vehicle. The simulation model of pneumatic driving solenoid valve is designed with AMESim to verify the designs and evaluate the dynamic characteristics and pneumatic behaviors of valve. To validate a valve simulation model, the simulation results of their operating durations of valve by AMESim analysis are compared with the results of experiments. In addition, the results of internal flow simulation with FLUENT are utilized to improve the accuracy of valve-modeling. Using the model, we analyze performance of valve; opening/closing pressure, operating time on various design factors; shape of control valve seat, drainage seat, rate of sealing diameter, volume of control cavity. This study will serve as one of reference guides to enhance the developmental efficiency of ventilation-relief valves with the various operating conditions, which shall be used in Korea Space Launch Vehicle-II.