비행선은 주익이 없고 미익에 비해 동체 효과가 큰 형상 특성으로 인해 정적으로 불안정한 특성을 지닌다. 따라서 동안정 특성 예측이 매우 중요하다. 본 연구에서는 강제진동 풍동시험을 통한 비행선의 동안정 특성을 확보하였다. 풍동시험은 미국 BAR사의 독일소재 시설인 BAR LAMP 시설을 사용하였으며, 16회의 정적시험과 26회의 강제진동시험을 수행하였다. 시험결과, 비행선의 동안정 특성은 받음각 뿐만 아니라 옆미끄럼각, 각속도 크기와 방향에 비선형적으로 변한다. 전반적으로 세 방향의 모멘트는 댐핑이 있는 것으로 나타났으며, 수직력과 측력, 교차성분은 불안정하게 나타났다. 조종면의 영향은 작은 것으로 나타났으나 옆미끄럼각의 영향은 완전히 비선형적으로 나타났다.

항공기 전기체 구조시험에 과하중 방지 밸브로 사용되는 미터-아웃방식의 유량제어 방법을 본 보고서로 소개하고자 한다. 전기체 구조시험에서는 여러 요인에 의해 비상시험 중지상태(덤프상태)가 발생하며, 이 상태가 되면 서보밸브의 전원이 차단되어 하중을 가하던 실린더의 양단에 외부조건에 따른 급격한 압력변화가 발생되고, 이 변화는 시험체에 과하중으로 가해진다. 본 연구에서는 덤프로 기인한 하중으로부터 시험체를 보호하기 위해 사용되는 오리피스 면적조절 기술에 대해 소개하였고 실제 시험에서 유압작동기의 덤프특성이 효과적으로 감소되고 있음을 확인하였다.

비행선의 자세각 변화는 내부의 헬륨 가스의 쏠림에 의한 부력중심 이동을 수반하게 된다. 본 논문에서는 자세각에 따른 부력중심 이동거리를 산출하고, 그에 따른 정적 종안 정성을 고찰하였다. 또한, 부력중심 이동 거리를 줄이기 위하여 비행선 내부에 설치된 격막에 의한 효과를 검토하였다. 부력중심은 정적 종안정성을 저하시키는 방향으로 이동하므로, 현 설계에서는 격막의 설치가 필수적이다. 속도에 대한 종적 정안정성을 고찰한 결과, 현 설계에서는 매우 낮은 속도 영역에서 정적으로 안정함을 알 수 있다.

액체로켓용 터보펌프 인듀서에 대한 수치해석적 연구에 이루어졌다. 다수의 유동조건에서의 쉬라우드 표면 정압분포, 수두 및 효율에 대한 계산이 수행되었으며, 실험값과 비교하였다. 쉬라우드 정압의 분포는 실험과 비교하여 잘 일치하는 결과를 얻을 수 있었으나, 입구의 역류가 심한 지역에서는 실험값과 차이를 보였다. 전체 성능, 즉, 수두 및 효율은 대체로 실험값과 잘 일치하였지만, 고유량에서 계산값이 실험치에 비하여 낮게 예측하는 것이 확인되었다. 본 연구에 채택된 인듀서의 경우, 유량계수가 0.074일 경우에 수력성능이 최고가 되었으며, 유량계수가 0.085이상에서 입사각이 양의 값을 가지게 된다.

본 논문은 힌지없는 로터 시스템의 설계 핵심기술인 복합재료 플렉셔 설계 및 패틀형 복합재료 블레이드 설계/해석 기법을 소개하였다. 기존 금속재 혹은 엔지니어링 플라스틱 플렉셔 부품을 복합재료를 사용하여 설계한 후 NASTRAN과 FLIGHTLAB을 이용하여 구조 해석 및 동역학 특성 해석을 수행하였다. 패들형 블레이드를 복합재료 힌지없는 플렉셔 장착 허브에 연결한 힌지없는 로터 시스템에 대한 동적 특성을 살펴보았다. 또한 패들형 블레이드를 기존 실물크기 블레이드 구조 자료를 이용하여 프루드 축소화하였으며 축소값을 이용하여 블레이드를 설계하였다. 이 과정을 통해 형상이 복잡한 패들형 복합재료 블레이드에 대한 형상 설계 및 단면구조 설계 기법을 익혔다. 본 논문은 현재 수행중인 “차세대 헬리콥터 로우터 시스템 개발” 사업 등에 직접 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

한국항공우주연구원 위성시험동에 설치된 Bake-Out 챔버를 통하여 과학위성 1호 비행모델(STSAT-1FM)에 대한 Bake-Out 시험이 수행되었다. 본 시험은 시험 후에 장착될 FIMS라는 광학장비에 영향을 미칠 Outgassing Rate의 측정 및 고온에서의 Bake-Out을 통한 오염물질 제거에 목적을 둔 시험으로 총 10일여 동안 시험이 수행되었다. Honeycomb Panel 및 Harness에 대한 시험(Batch 1), 조립된 비행모델에 대한 Bake-Out(batch 2), 그리고 part별로 펼쳐진 상태로의 Bake-Out 시험(Batch 3), 총 세 번의 시험으로 이루어졌다. 각각의 시험에 대하여 TQCM(Thermoelectric Quartz Crystal Microbalance) 및 RGA(Residual Gas Analyzer)를 통하여 Outgassing 물질에 대한 정량적, 정성적 측정 및 분석이 이루어졌다.

소형위성인 다목적실용위성 아리랑1호(KOMPSAT-1)의 PFM (Proto-Flight Model)에 대한 시스템/서브시스템 기능시험 및 열주기시험을 Storage Plan에 의거하여 한국항공우주연구원 우주시험동 하이베이에서 기능시험팀에 의해 수행하여 장기간 저장에 의한 위성 부분품들의 성능이 감쇠됨 없이 양호함을 확인하였다. 본 서에서는 시험항목, 시험방법, 시험절차 및 시험결과를 정리하였다.

우주비행체 음향 환경 시험을 위한 고음압 잔향실이 한국항공우주연구원에서 개발되었다. 우주비행체는 우주로 발사되는 동안 발사체에서 발생되는 고음압의 음향환경에 노출되므로, 발사 이전에 음향 환경에 대한 신뢰성시험이 수행된다. 한국항공우주연구원에 개발된 음향챔버는 부피 1,228세제곱 미터이며, 152dB의 음압을 잔향실 내부에 재생한다. 재생 주파수 범위는 25Hz~10,000Hz이다. 음향 환경 시험시설은 잔향실을 비롯해서, 질소 공급장치, 음원, 스펙트럼 제어시스템 등으로 구성된다. 본 논문은 시험시설을 구성하는 각 요소를 설계하기 위한 기본 개념을 서술한다. 또한 실제 건설된 음향챔버에서 측정된 결과를 바탕으로 음향챔버의 성능을 검증한다.

극한의 우주공간에서 인공위성의 정상적인 성능을 보장하기 위해 일반적으로 여러 단계의 시험용 위성모델이 개발된다. 시험모델을 통해 비행모델(FM)의 설계/해석의 타당성을 검증하고, 변경사항을 최종 설계에 반영함으로써 인공위성 성능의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 현재 개발 중인 다목적실용위성은 구조 및 열 개발모델(STM)의 제작/시험을 마친 상태이다. 본 논문에서는 다목적 실용위성의 모듈 중 하나인 추진시스템의 구조 및 열 개발모델(STM)의 설계 및 해석에 관하여 기술하였다.

발사시 fairing jettison-separation의 과정에서 발사체에 탑재된 위성체가 우주환경에 노출이 되어 태양광, 지구복사, Albedo, free molecular heating 등의 여러 가지 열환경의 직접적인 영향을 받게 된다. 이 때, 위성체 중에서 발사체의 진행 방향으로 최외각에 위치한 payload box가 worst hot condition의 조건을 만족하며 가열되게 된다. Payload box를 하나의 질량으로 가정하고 적용되는 여러 가지 열환경을 고려하여 온도지배방정식을 정리하면 해석해가 존재하는 1차원 미분 방정식을 유도할 수 있다. 이 식으로부터 구한 해석해를 worst hot condition을 만족하는 payload box에 적용하여 발사시 가열에 의한 온도 상승 정도를 예측하고, 그 결과로부터 위성체의 열적 안정성을 비교적 간단한 방법으로 검증할 수 있다.

본 논문에서는 통신위성과 비교하여 정지궤도 기상위성의 기술적 특성을 분석하고 통신 방송, 기상 및 해양관측 등 복합 임무를 수행하는 위성에서 고려하여야 할 특성을 살펴보았다. 정지궤도 기상위성은 관측자료의 국제공유를 기본으로 하고 있어 관측 및 서비스 영역이 넓으며 1km~4km 공간해상도로 관측하기 위해서는 통신위성에 비해 매우 높은 지향 정밀도가 요구된다. 또한 적외선 센서의 성능을 유지하기 위하여 극저온 열제어가 필요하며 기상 탑재체 광학부의 오염방지를 위한 설계 및 관리도 고려되어야 한다. 한편 2008년 발사를 목표로 개발될 통신해양기상위성은 복합임무를 성공적으로 수행하기 위하여 자세제어계, 전력계, 열제어계 및 전개장치 등에서 고려하여야 할 사항들을 분석하였다.

정지궤도 인공위성의 추진시스템은 위성발사에서부터 모든 임무궤도의 자세제어와 마지막 임무단계인 폐기궤도 기동을 위한 다양한 속도증분을 제공한다. 이러한 추진시스템은 위성제작사에 따라 매우 다양하게 구성되고 있으며 버스체마다 사용되는 추력기 또한 매우 다양하다. 따라서 각 정지궤도위성 제작사에서는 각각의 추진시스템에 맞는 모든 궤도 관련 임무를 계획하고 검증하는 임무해석소프트웨어를 개발하고 있다. 이러한 범용화된 임무해석소프트웨어를 개발하기 위하여 다양한 추력기 데이터를 검토하였고 이를 토대로 일반화된 추력기 모델링식을 구축하였다.

본 논문에서는 KSR-III 1단부의 도로운송과 핸들링시에 예상되는 진동하중의 분석을 다룬다. 일반적으로 기체가 이송 중에 겪는 진동하중은 실제 기체가 비행 중에 겪는 진동 환경과는 많은 차이가 있다. 이송시 겪는 진동하중 특성에 대한 부적절한 해석은 이송 중에 로켓시스템에 직접적인 손상을 야기할 수 있을 뿐만 아니라, 비행임무 실패로 이어질 수도 있다. 그러므로, 기체 설계단계에서부터 이송시 진동하중을 함께 고려하여야 하며, 이송에 대한 적절한 방법을 강구해야 한다. 본 연구에서는, KSR-III의 도로운송이나 핸들링시의 진동하중을 예측하여 그 규격을 설정하는 과정을 기술하며, 저진동 이송치구의 동특성 분석과 사전도로테스트를 통하여 이송치구와 이송과정의 타당성을 검증하고, KSR-III 단인증 모델(1단)의 이송결과를 정리하고 분석한다. KSR-III 운송과정중의 최대허용 진동하중은 2g이며, 실제 운송결과 이보다 작은 값이 기록되었다.

본 논문에서는, KSR-III 김발엔진 구동장치 시스템의 원활한 작동을 보장하기 위한 방안으로 릴리프밸브의 적용을 고려하였다. 비행 중의 김발엔진 지지구조물에서의 진동 및 급격한 외란 등에 의해 구동기에 과도한 토크가 작용하는 경우, 구동기의 작동불능 및 로켓의 성능저하가 발생 가능함을 보였으며, 릴리프밸브의 적용을 통해 그러한 불안정성을 해소시킬 수 있음 을 보였다. 6자유도 시뮬레이션 분석을 통해, 릴리프밸브의 작동압이 낮을수록, LOHM 파라미터가 작을수록 시스템의 성능 면에서 유리하다는 결과를 제시하였으며, 릴리프밸브를 채용함에 따라 로켓에 작용하는 TWD 등의 외란을 감소시키는 효과도 발생함을 보일 수 있었다.

본 논문에서는 "KSR-III 복합재 가압탱크“에 대한 구조 설계/제작 과정을 기술하였다. 복합재 가압탱크는 라이너 위에 복합재가 덮어 씌워진 형태이다. 하중을 부담하지 않는 라이너는 AI 6061-0로 만들어 졌으며, 라이너는 헬륨가스 기밀만을 담당하였다. 복합재 탱크는 라이너 위에 T700/Epoxy로 와인딩 하였다. 알루미늄 라이너가 얇았기 때문에 다단계 경화 공정이 필라멘트 와인딩 기법에 적용되었다. 다단계 경화 공정은 라이너의 실린더가 원형 형상을 잃지 않게 하였다. 보스부의 체결력은 보스링에 의하여 카본섬유로 분산되었다. 또한 보스링은 보스부의 국부적 변형을 막았다.

초소성 공정을 이용하여 구형 압력용기를 제작하는 경우 두께와 구형의 형상은 일정하지 않고 성형공정이 진행함에 따라 변하게 된다. 본 연구에서는 공정과정 동안 발생하는 초기 블랭크의 두께변화 예측을 이론적으로 해석하였다. 두께변화 예측을 위한 이론적인 모델은 Kuglov 등이 적용한 박막이론을 사용하였으며 요구되는 최종 두께를 얻기 위한 초기 블랭크의 두께, 블랭크의 균일한 변형을 얻기 위한 시간에 따른 압력 프로파일, 각 성형단계에서 위치에 따른 두께분포 및 시간에 따른 두께분포를 결정하였다. 공정 단계 전반에 걸쳐서 적용 모델 및 해석 프로그램의 적합성을 문헌의 시험 결과와 비교하여 검증하였다.

가열벽이 있는 4각단면 채널에서 3차원 열전달이 비선형 k-ε-fμ 모형과 큰에디모사법을 이용하여 해석되었다. 4각단면 채널로 모형화된 열량계 해석에 비선형 k-ε-fμ 모형과 비선형 열유속모형이 도입되었다. 레이놀즈수는 4000≤$Re_b$≤20000로 변화되었다. 난류의 비등방성으로 유도되는 구석와류는 주 유동속도의 1~3% 정도로 크지 않았지만 열전달에 커다란 영향을 주었다. 또한 채널 단면에 존재하는 나선형의 와류에 의해서 열전달이 심하게 변함을 보여 주었다. 예측된 열전달계수로부터 Nu~$Re^{0.8}Pr^{0.34}$가 검토되었고 온도의 섭동과 와유동의 비정상거동이 조사되었다.

액체 로켓엔진시스템은 연료공급방식에 따라 가압식과 터보펌프식으로 나눌 수 있으며, KSR-III 과학로켓에서는 가압식 액체 로켓엔진을 사용하였으나, 현 시점에서 우주발사체 1단으로 가압식 액체로켓엔진을 사용하기에는 극복해야할 기술적 과제가 많으며, 가압식 액체로켓 기술의 한계로 인해 터보펌프식 액체 로켓엔진 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 터보펌프식 액체로켓 엔진시스템의 기본적 특성을 검토하기 위하여 국내 액체로켓 엔진의 차세대 추진제 조합으로 주목받고 있는 케로신(Kerosene)-액체산소(LOX)와 메탄(Methane)-액체산소 추진제에 대한 분석을 수행하였다. 또한 터보펌프식 액체로켓 엔진시스템의 기본적 특성을 검토하기 위해 직접 궤도 및 전이 궤도를 거쳐 위성을 투입하는 발사체 사이징 안을 각각 고려하여 분석하였다.

KSR-III 추진기관시스템의 최종단계로 추진기관 종합시험이 수행되었다. 이 시험에서는 KSR-III용으로 개발된 세 가지 형태의 분사기면을 가지는 엔진에 대한 연소시험이 수행되어졌으며, 복합재 배플을 가지는 엔진을 발사체용으로 최종 인증한바 있다. 배플의 효과를 확인하기 위해 제작된 STS 배플 엔진은 비록 최종적인 발사체용은 아니나, 이 엔진을 가지고 수행한 연소시험을 통하여 배플이 KSR-III 연소기에서의 점화에 의한 불안정 연소 및 연소 중 자발적 불안정 연소 발생에 대한 강력한 억제 효과가 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 국내 우주센터(고흥)에서 위성발사체(KSLV : Korea Space Launch Vehicle) 발사를 위하여 설치 운용될 원격측정(telemetry) 지상 수신국 시스템에 대한 설계를 수행하였다. 국내환경에 맞는 최적의 시스템 설계를 위하여 먼저 우주센터의 지형 지리적 환경 및 위성발사체의 특성을 고려한 지상 수신국 시스템의 배치방안을 도출하고, 발사체에 탑재되는 송신부 특성을 고려하여 최대추적거리(RF Link Budget 요구성능) 및 수신시스템 요구 성능, 자료처리 시스템 요구 성능 등을 분석하였다. 이러한 분석을 바탕으로 발사체로부터 전송되는 원격측정 신호를 안정적으로 수신, 저장, 처리할 수 있는 수신 및 처리 시스템과 시각장비, 교정장비 및 운용통제장비를 설계하였다. 또한, 발사임무진행을 위한 주요 자료를 통제센터(RCC 및 RSC)에 실시간으로 제공하기 위하여 원격측정 자료의 최대 허용 지연시간 및 통신방식을 검토하고, 효율적인 발사임무진행이 가능하도록 양질의 자료를 실시간으로 제공하는 최적의 시스템을 설계하였다.

RVSM은 특정 공역내에서 비행고도 FL290~FL410를 운항하는 항공기간의 수직분리기준을 기존의 2,000ft에서 1,000ft로 축소, 추가적인 운항고도를 제공함으로서 기존의 공역수용능력을 증가시키기 위한 목적으로 실시된다. 해당 공역에 RVSM을 도입하기 위해서는 RVSM을 적용할 경우 예상되는 항공기간 충돌가능성을 정량적으로 분석하는 것이 필수적이며 RVSM 공역을 운항하려는 항공기는 고도유지성능이 일정 수준을 만족함을 입증하여야 한다. 본 연구에서는 RVSM의 개념을 소개하고 RVSM 공역수립 및 유지를 위해 요구되는 사항을 분석하였다.

15kg급 소형무인기의 동력장치 개발을 위한 연구로서 엔진 개조에 따른 성능변화를 측정하기 위하여 소형엔진 성능시험대를 제작 및 개량하였고, 추가적인 성능 개량을 위한 향후계획을 도출하였다. 표준적인 엔진시험방법을 통해 엔진의 성능을 평가하여 문제점을 찾아내고 개선하여 목표한 장기체공형 무인기 엔진 개발을 완수할 수 있도록 엔진성능 표준 시험장치를 구성하였다. 엔진성능 표준시험 장치를 이용하여 가솔린 연료를 사용하는 개조된 엔진의 성능을 측정하고 이의 과정 및 엔진성능과 관련한 문제점들을 제시하였다.