Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.9
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pp.55-63
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2003
An attitude control system using reaction thrusters for the upper stage of a launch vehicle is considered. The thruster configuration (position and direction) determines control system response, fuel consumption, effective torque and system fault tolerance. We propose a procedure for finding the optimal thruster configuration with desired control effectiveness over the range of selected torque commands. An optimization technique called Particle Swarm Optimization is used for the numerical experiments. The validity of the solution is checked through computer simulations.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.1
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pp.13-20
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2022
Aircraft weight is an important factor affecting performance and fuel efficiency. In the conceptual design stage of the aircraft, the process of balancing cost and weight is performed using empirical formulas such as fuel consumption cost per weight in estimating element weight. In addition, when an airline operates an aircraft, it promotes fuel efficiency improvement, fuel saving and carbon reduction through weight management activities. The relationship between changes in aircraft weight and changes in fuel consumption is called the cost of weight, and the cost of weight is used to evaluate the effect of adding or reducing weight to an aircraft on fuel consumption. In this study, the problems of the existing cost of weight calculation method are identified, and a new cost of weight calculation method is introduced to solve the problem. Using Breguet's Range Formula and actual flight data of the A350-900 aircraft, two weight costs are calculated based on take-off weight and landing weight. In conclusion, it was suggested that it is reasonable to use the cost of weight based on the take-off weight and the landing weight for other purposes. In particular, the cost of weight based on the landing weight can be used as an empirical formula for estimating element weight and optimizing cost and weight in the conceptual design stage of similar aircraft.
The high capture cross-section (𝜎c) of Gadolinium (Gd-155 and Gd-157) causes reactivity penalty and swing at the initial stage of fuel burnup in Pressurized Water Reactor (PWR). The present study is concerned with the feasibility of the combination of mixed burnable poison with both low and high 𝜎c as an approach to minimize these effects. Two considered reference designs are fuel assemblies with 24 IBA rods of Gd2O3 and Er2O3 respectively. Models comprise nuclear fuel with a homogeneous mixture of Er2O3, AmO2, SmO2, and HfO2 with Gd2O3 as well as the coating of PaO2 and ZrB2 on the Gd2O3 pellet's outer surface. The infinite multiplication factor was determined and reactivity was calculated considering 3% neutron leakage rate. All models except Er2O3 and SmO2 showed expected results namely higher values of these parameters than the reference design of Gd2O3 at the early burnup period. The highest value was found for the model of PaO2 and Gd2O3 followed by ZrB2 and HfO2. The cycle burnup, discharge burnup, and cycle length for three batch refueling were calculated using Linear Reactivity Model (LRM). The pin power distribution, energy-dependent neutron flux and Fuel Temperature Coefficient (FTC) were also studied. An optimization of model 1 was carried out to investigate effects of different isotopic compositions of Gd2O3 and absorber coating thickness.
Chen, Ping;Qiu, Bowen;Li, Yuanming;Wu, Yingwei;Hui, Yongbo;Deng, Yangbin;Zhang, Kun
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.4
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pp.1236-1249
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2021
Although there are still controversial opinions and uncertainty on application of SiCf/SiC composite cladding as next-generation cladding material for its great oxidation resistance in high temperature steam environment and other outstanding advantages, it cannot deny that SiCf/SiC cladding is a potential accident tolerant fuel (ATF) cladding with high research priority and still in the engineering design stage for now. However, considering its disadvantages, such as low irradiated thermal conductivity, ductility that barely not exist, further evaluations of its in-pile behaviors are still necessary. Based on the self-developed code we recently updated, relevant thermohydraulic and mechanical models in FROBA-ATF were applied to simulate the cladding behaviors under normal and accident conditions in this paper. Even through steady-state performance analysis revealed that this kind of cladding material could greatly reduce the oxidation thickness, the thermal performance of UO2-SiC was poor due to its low inpile thermal conductivity and creep rate. Besides, the risk of failure exists when reactor power decreased. With geometry optimization and dopant addition in pellets, the steady-state performance of UO2-SiC was enhanced and the failure risk was reduced. The thermal and mechanical performance of the improved UO2-SiC was further evaluated under Loss of coolant accident (LOCA) and Reactivity Initiated Accident (RIA) conditions. Transient results showed that the optimized ATF had better thermal performance, lower cladding hoop stress, and could provide more coping time under accident conditions.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.7
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pp.647-654
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2007
A Discrete continuation Method/homotopy approaches are studied for energy/fuel optimal low thrust Earth escape trajectory by solving a two point boundary value problem(TPBVP). Recently, maneuvers using low thrust propulsion system have been identified as emerging technologies. The low thruster is considered as the main actuator for orbit maneuvers. The cost function consists of a energy/fuel consumption function, and constraints are position and velocity vectors at the terminal escape point. Solving the minimum energy/fuel problem directly is not an easy task, so we adopt the homotopy analysis. Using a solution of the minimum energy, which is solved by discrete continuation method, we obtain the solution of the minimum fuel problem.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.4
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pp.281-286
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2021
The International Maritime Organization recently proposed a policy to establish a preemptive response strategy for exhaust gas pollution on board ships according to the recent strengthening of the sulfur content regulations. Discussions on improving the fuel oil quality and reducing emissions are also ongoing. Fuel oil quality information, which is one of the main concerns internationally, is increasing as the sulfur content standard is being applied from the current 3.5% to 0.5% by 2020. From the perspective of shipping companies and recipients, the essential quality of fuel oil is also requested for domestic and international fuel oil information, basic properties, correlation information between characteristics for application of solid ships and ships. The current standard for the basic quality of fuel oil is generally used, but the nature and composition of the fuel oil are very complex, and the interpretation of the basic quality is complicated because there are many cases outside the scope of the basic standard. Various factors were analyzed for the basic quality of fuel oil in terms of the basic quality of fuel oil, optimization of operation in ships, and fuel efficiency in ships. Moreover, the possibility of applying the standard according to the dilution was suggested.
Length of a vehicle is an important variation to generate different variants of an automotive platform. This parameter is usually adjusted by embedding dimensional flexibility into different components of the Body in White (BIW) including the floor pan. Due to future uncertainties, it is not necessarily possible to define certain values of wheelbase for the future products of a platform. This work is performed to add flexibility into the design process of a length-variable floor pan. By means of this analysis, the cost and time consuming process of optimization is not necessary to be performed for designing the different variants of a product family. Stiffness and mass of the floor pan are two important functional requirements of this component which directly affect the occupant comfort, dynamic characteristics, fuel economy and environmental protection of the vehicle. A combination of Genetic algorithm, GMDH-type of artificial neural networks and TOPSIS methods is used to optimally design the floor pan associated with arbitrary length of the variant in the defined system range. The correlation between the optimal results shows that for a constant mass of the floor pan, the first natural frequency decreases by increasing the length of this component.
Ejector system is a device to transport a low-pressure secondary flow by using a high-pressure primary flow. Ejector system is, in general, composed of a primary nozzle, a mixing section, a casing part for suction of secondary flow and a diffuser. It can induce the secondary flow or affect the secondary chamber pressure by both shear stress and pressure drop which are generated in the primary jet boundary. Ejector system is simple in construction and has no moving parts, so it can not only compress and transport a massive capacity of fluid without trouble, but also has little need for maintenance. Ejectors are widely used in a range of applications such as a turbine-based combined-cycle propulsion system and a high altitude test facility for rocket engine, pressure recovery system, desalination plant and ejector ramjet etc. The primary interest of this study is to set up an applicable model and operating conditions for an ejector in the condition of sonic and subsonic, which can be extended to the hydrogen fuel cell vehicle. Experimental and theoretical investigation on the sonic and subsonic ejectors with a converging-diverging diffuser was carried out. Optimization technique and numerical simulation was adopted for an optimal geometry design and satisfying the required performance at design point of ejector for hydrogen recirculation. Also, some sonic and subsonic ejectors with the function of changing nozzle position were manufactured precisely and tested for the comparison with the calculation results.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.2_2
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pp.327-332
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2023
As interest in eco-friendly and fuel-efficient electric vehicles has increased globally, there has also been a growing interest in the efficiency, vibration, and noise of motors for electric vehicles Electric vehicles generally have significantly lower driving ranges per charge compared to the maximum driving range per fueling of internal combustion engine vehicles. Additionally, there are issues with various vibrations and noise generated by the motor that can cause discomfort for passengers. Therefore, research is necessary to reduce losses, vibration, and noise of the motor to improve the driving range of electric vehicles. IPMSM with a purchased design can obtain additional reluctance torque by utilizing the difference in inductance between the d and q axes. However, due to this reluctance torque, torque ripple occurs larger than other motors. The increase in torque ripple also increases noise and vibration. Since the reluctance torque, which is the main cause of torque ripple, is determined by the shape of the motor components, torque ripple can be reduced through shape optimization. In this paper, a rotor shape for reducing torque ripple and core loss that causes vibration, noise, and efficiency to decrease of IPMSM for electric vehicles was proposed. Optimization design was carried out by changing the shape of the q-axis path of the rotor to reduce the difference in inductance of the d and q-axis of the rotor. Finally, in order to verify the validity of the design variables derived through the optimal design, the original model and the improved model were compared through the FEM. Compared to the original model, the improved model's torque verifying ripple was reduced by about 62% and core loss was reduced by about 29%, the superiority of the improved model.
Ejector system is a device to transport a low-pressure secondary flow by using a high-pressure primary flow. Ejector system is, in general, composed of a primary nozzle, a mixing section, a casing part for suction of secondary flow and a diffuser. It can induce the secondary flow or affect the secondary chamber pressure by both shear stress and pressure drop which are generated in the primary jet boundary. Ejector system is simple in construction and has no moving parts, so it can not only compress and transport a massive capacity of fluid without trouble, but also has little need for maintenance. Ejectors are widely used in a range of applications such as a turbine-based combined-cycle propulsion system and a high altitude test facility for rocket engine, pressure recovery system, desalination plant and ejector ramjet etc. The primary interest of this study is to set up an applicable model and operating conditions for an ejector in the condition of sonic and subsonic, which can be extended to the hydrogen fuel cell vehicle. Experimental and theoretical investigation on the sonic and subsonic ejectors with a converging-diverging diffuser was carried out. Optimization technique and numerical simulation was adopted for an optimal geometry design and satisfying the required performance at design point of ejector for hydrogen recirculation. Also, some ejectors with a various of nozzle throat and mixing chamber diameter were manufactured precisely and tested for the comparison with the calculation results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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