페이로드 페어링은 위성과 부품들을 외부환경으로부터 보호하며, 위성분리 전에 페이로드 페어링은 분리된다. 페이로드 페어링은 굽힘 강성과 무게에 비해 강도 비율이 우수한 복합재 샌드위치 재료로 제작 되었다. 페이로드 페어링은 비행 중에 압축, 굽힘 그리고 전단하중을 받게 된다. 본 연구에서는 PLF와 연결구조물의 강도를 확인하기 위하여 액추에이터와 치구를 사용하여 PLF 구조시험을 수행하였다. 구조시험의 목적은 분리 스프링의 힘이 PLF에 가해진 상태에서 조합하중이 PLF에 작용할 때 PLF의 건전성을 확인하는 것이다. 구조시험 결과에서는 분리 스프링 하중과 조합하중에 의한 PLF의 구조 건전성을 확인하였다.
This paper is investigates the separation shock of payload fairing. Separation test of subscale PLF using half separation device and half PLA is performed. Resulting shock loads at equipment bay and fairing joint are measured. Pyroshock estimation is performed using AUTOSEA Pyroshock Module. Input data to analysis model is obtained from the separation test results of subscale PLF. And model of AUTOSEA is updated comparing results between tests and analysis.. This enables us to validate the AUTOSEA model. Tuned model of subscale PLF and separation device is used to update full scale model, and the shock analysis result of full scale model is estimated in this paper. This paper also discusses the results regarding the difficulty of structural modeling and its numerical implementation in AutoSEA2 Software.
The on-board system for the air supply to the payload fairing(PLF) of a launch vehicle using both high and low pressure air was designed. The design concept was obtained from the CFD analysis of a Russian interstage air supply system, and a collector was adopted to expand the high pressure air. To verify that the on-board system would work as designed, a simplified axisymmetric computational model was made and a CFD analysis was also performed. It was found that the flow ejected from the hole of the collector expands to the Mach number of 4 and is soon retarded due to the action of viscosity. It was also found that a small gap between the low pressure duct and equipment bay wall can cause large velocity in PLF over the velocity requirement and no gap should be allowed in the design.
Prelaunch thermal analysis of the KSLV (Korea Space Launch Vehicle)-I PLF (Payload Fairing) was performed to predict maximum/minimum liftoff temperatures and to evaluate of air conditioning performance. Prelaunch thermal analysis includes internal air conditioning effect, external convective heating/cooling, radiation exchange with the ground and sky, radiation between spacecraft and PLF, and solar radiation incident on PLF. Analysis was performed at two extreme conditions, hot day condition and cold day condition. The results showed that the maximum liftoff temperature was $53^{\circ}C$ and the minimum liftoff temperature was $-3.8^{\circ}C$. It was also found that conditioned air supplying, in $20{\pm}2^{\circ}C\;and\;1200\;m^3/hr$, is sufficient to keep the internal air in required temperature range.
분리된 페어링의 동안정 미계수 예측을 위해 기술 및 비용적 측면을 고려하여 어떤 방 법이 가장 적합할지에 대한 검토가 수행되었으며, 탑재물 페어링의 형상적 특성, 계산 조 건, 그리고 요구되는 정확도 등을 고려한 최적의 예측 방법을 선정하였다. 관성 좌표계에 대해 기술된 Euler 방정식을 해석하여 강제조화운동이 가해진 분리 PLF의 비정상 공력계수를 구하였으며, 이를 한 주기 동안 적분하여 동안정 미계수를 산출하였다. 이와 같은 기 법을 적용함으로써 분리된 3차원 PLF 형상에 대해 마하수 0.60~2.00, 받음각 $-180^{\circ}$~$180^{\circ}$ 및 옆미끄럼각 $-90^{\circ}$~$90^{\circ}$에 대하여 동안정 미계수를 얻을 수 있었다.
An analysis method is developed for the prediction of venting in multiple compartments which are connected in series or parallel through multiple ports. The existing method by the authors is modified to remove the limitation in number of ports and compartments, and the more general polytropic relation or solution of the additional energy equation replaces the previous isentropic relation allowing the prediction of pressure rise in addition to pressure drop. The accuracy of the method is verified by comparison with the results by NASA Flap code for the problem of pressure drop in a payload in the Space Shuttle cargo bay. It is expected that this method will be a useful tool in prediction of the pressure variation in a payload or payload capsule without mentioning the payload fairing itself.
KSLV-I PLF의 음향 하중 저감 시스템의 성능을 검증하기 위해 음향 시험을 수행하였다. 실측한 음향 하중 저감치를 설계 기준과 비교하여 약 3dB 이상의 안전여유를 확보하고 있음을 알 수 있었다. 또한 음향 하중 저감 시스템을 적용하지 않은 PLF 구조체에 대한 음향 시험을 통해 음향 하중 저감 시스템에 의한 삽입 손실 증가치도 예시하였다.
To protect a satellite and electronic equipment from the acoustic load generated by rocket propulsion system, many launch vehicle use acoustic blanket. Acoustic load is main source of random vibration working on the payload. Most high frequency region of the acoustic loads is reduced by payload fairing skins and acoustic blanket, but low frequency region is not. In order to reduce acoustic load of low frequency region, we designed array resonator panel which was made of composite materials. Insertion loss capacity of the payload fairing with acoustic blanket was verified from PLF acoustic test in the acoustic chamber.
발사체는 발사되기 수일 전에 발사탑에 세워져 체크과정 및 연료공급 등을 수행하게 되므로 발사까지는 계속 외부의 열환경에 노출되게 된다. 발사체의 페어링에 대한 발사전 가열 해석(Prelaunch Thermal analysis)은 발사시 페어링의 최대/최소 온도 예측 및 공조 설비(air conditioning system)의 성능 예측을 목적으로 수행된다. 본 연구에서는 범용 열해석 프로그램인 Sinda/Fluint 이용하여 Delta II 페어링에 대하여 발사전 가열 해석을 수행하였으며, 그 결과를 Delta II 보고서 자료와 비교 및 분석하였다.
본 연구는 KSLV-I 페이로드 페어링을 제외한 2단 구조부에 대한 모드시험 결과를 기술하고 있다. 2단부는 크게 위성 분리부, 탑재부, 킥모터 지지부, 킥모터로 구성되어 있다. 번지코드를 이용하여 자유경계단 조건을 모사하였고 가진은 대형 가진 망치를 사용하였다. 이러한 모드시험 결과를 통하여 모드변수를 추출할 수 있고, 2단부 구조체의 동특성을 파악할 수 있다. 시험 결과는 TDAS를 사용하여 분석하였고, 100Hz 이하의 모드변수 및 모드형상을 추출하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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