• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2005년도 춘계학술대회논문집
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• pp.717-720
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• 2005

Acoustic loads generated by a rocket propulsion system cause severe random vibrations on payloads. In developing a new launch vehicle, a random vibration level must be specified before the detailed design of payloads or electronic equipments. This paper deals with prediction procedures of a random vibration level on payload section of KSLV-I. The prediction is based on statistical energy analysis. In order to verify the prediction methodology, test and analysis on a sub-scale payload section are performed. The predicted results subject to very high level of acoustic loads show a good agreement with the test results performed in the high intensity acoustic chamber. The predicted random vibration level on payload section of KSLV-I is also presented in this paper.

• 항공우주산업기술동향
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• 제8권1호
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• pp.45-54
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• 2010

본 논문에서는 최근에 개발된 고해상도 지구관측위성의 본체 형상설계 동향에 대해 기술하고자 한다. 인공위성의 본체는 임무, 탑재체, 발사환경, 임무특성, 자세제어 및 추진시스템에 따라 다양한 형상을 갖는다. 또한 2000년대 들어서 시작된 위성영상의 상업화에 따른 영상수요의 증가는 고해상도 영상을 신속히 많이 획득할 수 있는 위성시스템을 요구하고 있다. 이러한 요구에 맞춰 위성의 본체는 가벼우면서도 안정적으로 탑재체를 지지할 수 있도록 설계되고 있으며, 이 중에 형상설계 변화를 본 논문에서 집중적으로 살펴본다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.807-812
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• 2011

한국형발사체 1단에 사용될 75톤급 액체로켓엔진 연소기의 기술검증시제를 설계, 제작하여 연료수류시험을 수행하였다. 가압압력을 조절하여 연료 유량을 변경함으로써 주어진 유량에서 발생하는 연소기 재생냉각 채널에서의 압력 손실을 측정하였다. 연소실 각 부에서의 압력 손실을 측정할 수 있었으며, 상당량의 압력 손실이 유속이 강한 연소실 노즐목부에서 발생함을 확인하였다. 주어진 연료 수류시험 조건에서 수력학 해석을 통하여 수력학 해석 방법의 정확도를 검증할 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제16권6호
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• pp.56-61
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• 2012

한국형발사체 1단에 사용될 75톤급 액체로켓엔진 연소기의 기술검증시제를 설계, 제작하여 연료 수류시험을 수행하였다. 가압압력을 조절하여 연료 유량을 변경함으로써 주어진 유량에서 발생하는 연소기 재생냉각 채널에서의 압력 손실을 측정하였다. 연소실 각 부에서의 압력 손실을 측정할 수 있었으며, 상당량의 압력 손실이 유속이 강한 연소실 노즐목부에서 발생함을 확인하였다. 주어진 연료 수류시험 조건에서 수력학 해석을 통하여 수력학 해석 방법의 정확도를 검증할 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권1호
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• pp.1-11
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• 2021

포고 현상은 액체추진 로켓에서 발생하는 축방향의 동적 불안정 진동이다. 동체의 고유진동수와 추진제 공급계의 주파수가 가까와 지면 전체 시스템이 불안정 현상을 보인다. 포고 현상을 예측하기 위해 1단의 추진제 (산화제 및 연료) 탱크는 쉘 요소로, 나머지 구성 요소인 엔진 및 상단은 mass-spring으로 모델링하여 구조해석을 수행하였다. 추진제 공급계의 압력 및 유량 섭동예측에는 transmission line model이 사용되었다. 본 논문에서는 이와 같이 수행된 구조 및 유체 모델링을 통합하여 폐루프 전달함수를 구성하였다. 포고 억제기는 수동적인 방법으로 압력 섭동을 흡수하는 분 기관 및 accumulator로 구성되며 추진제 공급계 중간에 위치한다. 발사체의 비행과정 동안 포고현상을 억제하는 설계 최적화를 위한 설계변수로는 분기관 및 accumulator의 직경 및 길이로 설정하였다. 목적함수로는 포고 억제기의 질량, 그리고 추진제 질량에 따른 폐루프 전달함수의 에너지 최소화로 설정하여 다목적함수 최적화를 수행하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제18권1호
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• pp.53-63
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• 2024

액체 로켓 엔진의 작동 신뢰성 확보를 위하여 높은 효율과 점화 성능을 가진 점화기가 필수적이다. 본 연구에서는 450 N급 메탄-산소 액체 로켓 엔진에 사용할 수 있는 스파크 토치 방식의 점화기를 개발하였으며, 이를 위해 수치해석, 제작 및 검증을 수행하였다. 구체적으로, 점화 성능 확보를 위해 점화기 출구에서의 엔탈피를 최대화하도록 질량 유량, 노즐 면적비, 연료-산화제 혼합비 및 세장비를 설계변수로 설정하고 파라메트릭 해석을 수행하였으며, 3차원 반응 유동 수치해석을 통해 출구 열량을 산출하였다. 나아가, 도출된 설계를 바탕으로 점화기를 제작하여 연소 실험을 수행하였으며, 안전을 고려하여 설정한 최대 압력 이내에서 수치해석 결과에 부합하는 점화 성능 확보가 가능한 것으로 확인되었다. 본 연구를 통해 설계 및 제작한 점화기는 차후 소형 우주발사체 상단 엔진 등 실제 추진 시스템 구성에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제17권3호
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• pp.15-22
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• 2004

위성 발사체의 추진 기관에 의한 음향 하중은 이륙 시 작용하는 주요한 동적 하중 중 하나로서, 이에 의한 위성이나 탑재물의 파손이 보고되고 있다. 위성이나 탑재물에 작용하는 음향 하중의 강토를 저감하기 위해서는 노즈 페어링의 구조 설계 시 차음 성능을 고려한 설계가 필요하다. 특히 복합재 구조의 경우 금속재 구조에 비해 비강성이 커서 음향 하중의 차음 측면에서는 불리하다. 본 논문에서는 위성 발사체의 노즈 페어링용 복합재 평판의 차음 특성을 살펴보았다. 노즈 페어링 구조로 사용 가능한 4종의 복합재 구조에 대하여 무한판 이론 및 통계적 에너지 해석법(SEA)을 이용하여 차음 성능을 평가하였다. 해석 결과를 토대로 두 종류의 복합재 평판을 제작하여 이에 대한 차음 성능을 측정하고 예측치와 비교를 수행하였다. 이를 바탕으로 무게 대비 차음 성능이 우수한 노즈 페어링용 복합재 구조를 선정할 수 있었다.

• 한국우주과학회:학술대회논문집(한국우주과학회보)
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• 한국우주과학회 2004년도 한국우주과학회보 제13권2호
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• pp.372-375
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• 2004

The UV radiometer payload was launched successfully from the west coastal area of Korea Peninsula aboard KSR-III on 28, Nov 2002. KSR-III was the Korean third generation sounding rocket and was developed as intermediate step to larger space launch vehicle with liquid propulsion engine system. UV radiometer onboard KSR-III consists of UV and visible band optical phototubes to measure the direct solar attenuation during rocket ascending phase. For UV detection, 4 channel of sensors were installed in electronics payload section and each channel has 255, 290, 310nm center wavelengths, respectively. 450nm channel was used as reference for correction of the rocket attitude during the flight. Transmission characteristics of all channels were calibrated precisely prior to the flight test at the Optical Lab. in KARI (Korea Aerospace Research Institute). During a total of 231s flight time, the onboard data telemetered to the ground station in real time. The ozone column density was calculated by this telemetry raw data. From the calculated column density, the vertical ozone profile over Korea Peninsula was obtained with sensor calibration data. Our results had reasonable agreements compared with various observations such as ground Umkhr measurement at Yonsei site, ozonesonde at Pohang site, and satellite measurements of HALOE and POAM. The sensitivity analysis of retrieval algorithm for parameters was performed and it was provided that significant error sources of the retrieval algorithm.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권2호
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• pp.63-72
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• 2022

초소형위성에 대한 관심이 증가함에 따라 초소형위성군의 성능과 활용도뿐 아니라 위성군의 궤도설계, 궤도배치 기법에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다. 본 연구에서는 초소형 위성을 활용한 워커-델타 위성군을 구축하기 위한 궤도배치 기법으로 추력을 이용한 기법과 차등 대기항력 제어 (DADC)를 연구하였다. 추력을 이용할 시, 발사체에 대한 위성의 분리속도와 각도에 따라 궤도배치에 소요되는 시간과 추력량이 달라진다. 초소형위성의 추력시스템 성능을 참고하여 제한된 성능으로 궤도배치를 완료하기 위한 제어전략을 제시하였다. 결과적으로 궤도배치 기간과 총 추력량의 관계를 도출하였다. 차등 대기항력을 이용하면 추력을 소모하지 않는 대신 상대적으로 긴 배치기간을 소요한다. 소프트웨어 시뮬레이션을 통해 일반적인 초소형위성군의 궤도에서 차등 대기항력으로 궤도배치를 완료할 수 있음을 검증하였다. 본 연구 결과를 활용하면 초소형위성군의 궤도배치에 전략을 수립하고 활용할 수 있을 것이다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.1-2
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• 2011

Hybrid rockets have lately attracted attention as a strong candidate of small, low cost, safe and reliable launch vehicles. A significant topic is that the first commercially sponsored space ship, SpaceShipOne vehicle chose a hybrid rocket. The main factors for the choice were safety of operation, system cost, quick turnaround, and thrust termination. In Japan, five universities including Hokkaido University and three private companies organized "Hybrid Rocket Research Group" from 1998 to 2002. Their main purpose was to downsize the cost and scale of rocket experiments. In 2002, UNISEC (University Space Engineering Consortium) and HASTIC (Hokkaido Aerospace Science and Technology Incubation Center) took over the educational and R&D rocket activities respectively and the research group dissolved. In 2008, JAXA/ISAS and eleven universities formed "Hybrid Rocket Research Working Group" as a subcommittee of the Steering Committee for Space Engineering in ISAS. Their goal is to demonstrate technical feasibility of lowcost and high frequency launches of nano/micro satellites into sun-synchronous orbits. Hybrid rockets use a combination of solid and liquid propellants. Usually the fuel is in a solid phase. A serious problem of hybrid rockets is the low regression rate of the solid fuel. In single port hybrids the low regression rate below 1 mm/s causes large L/D exceeding a hundred and small fuel loading ratio falling below 0.3. Multi-port hybrids are a typical solution to solve this problem. However, this solution is not the mainstream in Japan. Another approach is to use high regression rate fuels. For example, a fuel regression rate of 4 mm/s decreases L/D to around 10 and increases the loading ratio to around 0.75. Liquefying fuels such as paraffins are strong candidates for high regression fuels and subject of active research in Japan too. Nakagawa et al. in Tokai University employed EVA (Ethylene Vinyl Acetate) to modify viscosity of paraffin based fuels and investigated the effect of viscosity on regression rates. Wada et al. in Akita University employed LTP (Low melting ThermoPlastic) as another candidate of liquefying fuels and demonstrated high regression rates comparable to paraffin fuels. Hori et al. in JAXA/ISAS employed glycidylazide-poly(ethylene glycol) (GAP-PEG) copolymers as high regression rate fuels and modified the combustion characteristics by changing the PEG mixing ratio. Regression rate improvement by changing internal ballistics is another stream of research. The author proposed a new fuel configuration named "CAMUI" in 1998. CAMUI comes from an abbreviation of "cascaded multistage impinging-jet" meaning the distinctive flow field. A CAMUI type fuel grain consists of several cylindrical fuel blocks with two ports in axial direction. The port alignment shifts 90 degrees with each other to make jets out of ports impinge on the upstream end face of the downstream fuel block, resulting in intense heat transfer to the fuel. Yuasa et al. in Tokyo Metropolitan University employed swirling injection method and improved regression rates more than three times higher. However, regression rate distribution along the axis is not uniform due to the decay of the swirl strength. Aso et al. in Kyushu University employed multi-swirl injection to solve this problem. Combinations of swirling injection and paraffin based fuel have been tried and some results show very high regression rates exceeding ten times of conventional one. High fuel regression rates by new fuel, new internal ballistics, or combination of them require faster fuel-oxidizer mixing to maintain combustion efficiency. Nakagawa et al. succeeded to improve combustion efficiency of a paraffin-based fuel from 77% to 96% by a baffle plate. Another effective approach some researchers are trying is to use an aft-chamber to increase residence time. Better understanding of the new flow fields is necessary to reveal basic mechanisms of regression enhancement. Yuasa et al. visualized the combustion field in a swirling injection type motor. Nakagawa et al. observed boundary layer combustion of wax-based fuels. To understand detailed flow structures in swirling flow type hybrids, Sawada et al. (Tohoku Univ.), Teramoto et al. (Univ. of Tokyo), Shimada et al. (ISAS), and Tsuboi et al. (Kyushu Inst. Tech.) are trying to simulate the flow field numerically. Main challenges are turbulent reaction, stiffness due to low Mach number flow, fuel regression model, and other non-steady phenomena. Oshima et al. in Hokkaido University simulated CAMUI type flow fields and discussed correspondence relation between regression distribution of a burning surface and the vortex structure over the surface.