본 연구에서는 유도무기 동체 내에 고체 추진기관을 삽입하여 장착할 경우 적용할 수 있는 연결장치와 조립체 개념을 제안하였다. 유도탄 동체 내에 추진기관을 삽입하여 장착하는 경우는 동체가 비행중 받는 하중에 더하여 추진기관의 연소에 의해 야기되는 여러 가지 효과 즉, 추력에 의한 축하중, 진동, 연소 중 발생하는 추진기관의 축방향 변형 등을 견디는 구조여야 한다. 본 연구에서 제안된 추진기관 연결장치를 통해 간결하면서도 설계 요구조건을 모두 만족하는 추진기관 장착 시스템을 구성할 수 있었다.
본 연구를 통해 액체로켓 추진기관의 운용 및 시험을 수행하는데 있어 LOX 시스템 내의 불순물로 인해 발생할 수 있는 문제점들에 대한 연구를 수행하였다. 특히 LOX 시스템 내부에 축적되는 오염물질과 그것들의 시스템 내부이동 및 이에 따른 사고발생 확률에 관하여 심도 있는 연구를 하였다. 추진기관의 산화제 누출로 일어날 수 있는 사고의 확률을 감소시키기 위한 시스템 운영에 대한 몇 가지 방법들을 연구하였고, LOX 시스템 내 오염물질 축적으로 인한 사고발생 저감방법에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통해 얻은 실험식의 일반적인 원리는 액체 추진기관의 LOX 시스템에 적용할 수 있을 뿐 아니라, 기타 추진제에도 적용할 수 있다.
우주발사체 개발과 같은 대규모의 국가적 사업을 수행함에 있어서 성공적인 목표 달성을 위해서는 전체 시스템과 각 부속 시스템들의 신뢰성 확보가 반드시 필요하다고 말할 수 있다. 신뢰성 있는 추진기관의 개발이야말로 전체 시스템의 신뢰도를 좌우하며 성공적인 로켓 발사를 이루기 위한 필수 요소라고 말할 수 있다. 본 연구에서는 신뢰성 높은 추진기관의 개발에 요구되는 신뢰도 설계 기법을 고찰하였다.
본 논문에서는 전기동력 추진기관을 사용하는 비행체의 추진시스템에 대하여 분석하고, 무게분석을 통하여 PAV의 전기동력시스템을 살펴보았다. 현재 1,000 kg의 PAV를 개발할 경우 PEMFC와 리튬전지를 조합한 추진기관이 내연기관을 대체할 수 있을 것으로 예상된다. 내연기관을 대체하기 위해서는 연료전지 출력밀도 2.5 kW/kg, 배터리 에너지밀도 0.75 kWh/kg 이상의 성능이 요구된다.
추력조절이 가능한 고체추진기관에서 감압률은 추력중단 성능에 가장 큰 영향을 미치는 인자이다. 본 연구에서는 몇 종류의 추진기관에서 구현 가능한 감압률의 범위를 파악하였으며 이를 통하여 추진기관 감압률에 미치는 주요 인자를 도출하였다. 추진제에 대한 소화특성 파악뿐만 아니라 추진기관의 목표성능을 만족할 수 있는 감압률을 파악하는 것이 실제 추력조절 시스템 설계에 중요하며 본 연구에서와 같은 감압률 모델획득 방법론은 추력중단이 필요한 고체추진기관 설계에 적용 가능할 것으로 판단된다.
고체 추진기관을 빠르고 정확하게 설계하기 위해 통합 설계 시스템을 개발하였다. 이 시스템에는 체계 요구 조건으로부터 전체적인 크기를 결정하는 사이징 설계 모듈과 구조체 설계, 그레인 설계, 성능 예측 모듈과 같이 네 개의 모듈로 구성되어 고체 추진 기관의 기본설계를 수행할 수 있게 개발 되었다. 본 연구에서 개발된 시스템을 사용하여 고체 추진기관의 기본 설계를 하는 과정은 다음과 같다. 먼저, 체계 요구 조건으로부터 전체적인 크기를 결정한 후 구조체 및 그레인 설계에 이용한다. 구조체설계 모듈로 구조체의 기본 설계를 수행 한 후 이를 이용해 그레인 설계 모듈로 그레인 기본 설계와 이 후 성능 계산에 필요한 데이터를 생성할 수 있다. 성능 해석 모듈은 기본 설계가 완료된 추진 기관의 성능을 예측하여 체계 요구 조건에 부합되는지를 확인하여 재설계 여부를 결정한다.
고체추진기관의 지상연소시험시 점화통제시스템은 추진기관의 점화를 위해 착화기에 점화전류를 공급하여 추진기관을 연소시키는 것이 기존의 주요기능이었다. 본 논문에서는 다양한 방식의 점화 이벤트와 비행 시퀀스를 제어하고 검증할 수 있는 지상연소시험용 점화통제시스템에 대한 설계 및 구현에 대해 기술하였다.
기존의 내연기관만을 이용한 선박 추진시스템은 내연기관의 저부하 운전 구간에서 효율이 낮아지는 문제점을 해결하지 못하고 있다. 그러나 최근 내연기관의 효율이 낮은 저부하 운전 구간에서 전동기를 기동함으로써 연료 효율을 높일 수 있는 하이브리드 추진시스템이 적용되고 있고, 이는 소형 어선부터 호화 여객선, 요트 등에 탑재되어 연료 절감 효과를 입증하고 있다. 본 연구에서는 하이브리드 추진시스템의 연료 절감 효과를 검증하고, 연료 효율을 높이기 위한 하이브리드 추진시스템을 제안한다.
무인기에 적용되는 다양한 추진기관 기술은 항공의 중요한 개발 방향 중의 하나인 무인기의 비행 성능에 크게 관련이 있다. 본 논문에서는 무인기의 내연기관(왕복엔진, 로타리엔진, 가스터빈엔진), 하이브리드 및 순수한 전기 추진시스템에 대하여 조사를 수행하였다. 특히 이러한 추진기관들의 분류, 작동사이클, 특성 및 주요 기술들에 대하여 제시하였다. 그러므로 미래의 무인기 추진시스템의 개발 틀, 종합적인 예측 및 다양한 비교를 정립하는데 도움을 줄 것으로 판단된다.
한국형발사체 각 단 추진기관시스템의 성능 검증을 위해 나로우주센터에 추진기관시스템 시험설비(PSTC, Propulsion System Test Complex)가 구축되었다. 본 논문은 PSTC 지상설비와 발사체 운용 및 제어를 위해 개발된 통합제어시스템(MCS, Main Control System)의 설계, 개발 현황, 시운전 결과에 관한 내용이다. MCS는 시험대상체와 지상시스템의 인터페이스에 활용될 예정이며, 시험책임자에 의한 시험운용 및 시퀀스 처리를 수행하게 된다. 또한 시험책임자 모의시험운용에도 활용될 예정이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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