• 한국추진공학회지
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• 제23권4호
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• pp.50-60
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• 2019

본 논문에서는 MATLAB/Simulink를 기반의 우주왕복선 주엔진(Space Shuttle Main Engine, SSME)의 툴박스 개발을 다루었다. 로켓엔진의 수학적 모델링에는 많은 시간과 신뢰성 확보가 필요하다. 로켓엔진 시뮬레이션 툴박스를 개발하면 이를 해결할 수 있으며 업그레이드와 새로운 엔진 개발의 용이성을 기대할 수 있다. SSME의 수학적 모델링은 7개의 지배방정식을 통해 유도한 32개의 미분방정식을 사용하여 구성하였으며 이를 구성요소 별로 모듈을 구별하여 SSME 시뮬레이션 툴박스를 개발하였다. 성능검증을 위하여 기존 시뮬레이션 결과와 비교하여 검증하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제20권3호
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• pp.37-53
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• 2016

본 논문에서는 다단 연소방식의 액체로켓엔진인 우주왕복선 주 엔진(Space Shuttle Main Engine, SSME)의 제어 알고리즘을 다룬다. 이를 위해 SSME의 각 구성품들을 기준으로 크게 7가지 분류로 나누어 구성하여 수학적 모델링을 하였으며 순항상태 추력을 기준으로 Rated Propulsion Level (RPL)에 따른 정상상태 작동점을 구하였다. 폐루프 시스템을 위하여 순항상태인 RPL 104% 조건에서의 선형모델을 이용하여 최적 출력피드백 LQR 제어기 설계를 하였으며 시뮬레이션을 통해 제어기의 성능을 검증하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.213-217
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• 2017

액체로켓엔진 고장에서 시동과정이 30% 이상을 차지하며 특히, 우주왕복선 주 엔진(Space Shuttel Main Engine, SSME)은 2%의 밸브위치 오차 또는 0.1초의 시간오차와 같은 작은 변화에도 급격하게 변화하는 매우 민감한 시스템으로 시동과정의 모델링이 중요하다. 하지만, 시동과정에서 비선형 질량 유량과 열전달 특성 때문에 많은 어려움이 발생한다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위하여 부분적인 전산유체해석(Computational Fluid Dynamics, CFD) 방법을 사용하였으며 본 논문에서는 구성품의 모델링을 수행하여 정상상태에서 확인을 하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제17권4호
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• pp.535-550
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• 2016

Securing the safety and the reliability of liquid-propellant rocket engines (LREs) for space vehicles is indispensable as engines consist of many complex components and operate under extremely high energy-dense conditions. Thus, health monitoring has become a mandatory requirement, especially for the reusable LREs that are currently being developed. In this context, a dynamic simulation program based on MATLAB/Simulink was developed in the current research on the Space Shuttle Main Engine (SSME), a partly reusable engine. Then, a series of fault simulations using this program was conducted: at a steady state operating condition (104% Rated Propulsion Level), various simulated fault conditions were artificially injected into the simulation models for the five major valves, the pumps, and the turbines of the SSME. The consequent effects due to each fault were analyzed based on the time responses of the major parameters of the engine. It is believed that this research topic is an essential pre-step for the development of fault detection and diagnosis algorithms for reusable engines in the future.

• 항공우주산업기술동향
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• 제9권1호
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• pp.158-164
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• 2011

항공우주용으로 개발되거나 활용 가능한 상업용 체크밸브사례가 조사되었다. 개발사례로 발사체용, 높은 수명이 요구되는 NASA의 SSME (Space Shuttle Main Engine) 및 지상 지원 시스템 퍼지 라인용과 국내에서 개발된 체크밸브가 있다. 상용품은 미국 주요 밸브개발업체의 제품을 상온용과 극저온용으로 분류하여 조사하였다. 또한 운용 온도, 운용 압력 및 크래킹 압력과 같은 주요 성능과 관련된 씰의 재질, 스프링 강성과 같은 설계 인자의 관계도 설명되었다. 이러한 단품 성능 이외에 채터 및 오염과 같은 운용상의 문제점과 일반적인 해결방안도 언급되었다. 또한 기타주의사항으로 필터, 피팅과 청정도 요구조건에 대하여도 조사되었다

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1999년도 제13회 학술강연논문집
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• pp.1-1
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• 1999

2유체 동축인젝터(coaxial twin fluid injector)는 액체산소와 액체수소를 추진제로 사용하는 SSME(Space Shuttle Main Engine)이나 유럽의 Arian 5 Vulcain 엔진과 같은 저온추진제 엔진에 널리 사용되고 있다. 추진제를 미립화 시키는 장치로서 사용하는 다른 여러 형태의 인젝터에 비교할 때 저속의 액체산화제 주위에 고속의 가스연료가 분사됨으로서 발생되는 전단력에 의해 추진제가 미립화되는 특징을 가지며, 이러한 메카니즘은 매우 복잡하여 아직까지 정확히 규명되지 못하고 있는 실정이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제30권7호
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• pp.671-681
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• 2006

This study focuses on the development of numerical procedure to analyze the nonlinear combustion instabilities in liquid rocket engine. Nonlinear behaviors of acoustic instabilities are characterized by the existence of limit cycle in linearly unstable engines and nonlinear or triggering instability in linearly stable engines. To discretize convective fluxes with high accuracy and robustness, approximated Riemann solver based on characteristics and Euler-characteristic boundary conditions are employed. The present procedure predicts well the transition processes from initial harmonic pressure disturbance to N-like steep-fronted shock wave in a resonant pipe. Longitudinal pressure oscillations within the SSME(Space Shuttle Main Engine) engine have been analyzed using the pressure-sensitive time lag model to account for unsteady combustion response. It is observed that the pressure oscillations reach a limit cycle which is independent of the characteristics of the initial disturbances and depends only on combustion parameters and operating conditions.

• 한국정밀공학회지
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• 제12권2호
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• pp.69-78
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• 1995

Nonlinear analysis methods are developed which will enable the reliable prediction of the dynamic behavior of the space shuttle main engine(SSME) turbopumps in the presence of bearing clearances and other local nonlinearities. A computationally efficient convolution method, based on discretized Duhamel and transition matrix integral formulations, is developed for the transient analysis. In the formulation, the coupling forces due to the onlinearities are treated as external forces acting on the coupled subsystems. Iteration is utilized to determine their magnitudes at each time increament. The method is applied to a nonlinear generic model of the high pressure oxygen turthods, the convolution approach proved to be more accurate and highly more efficient. For determining the nonlinear, steady-state periodic responses, an incremental harmonic balance(IHB) method was also developed. The method was successfully used to determine dominantly harmonic and subharmonic(subsynchronous) responses of the HPOTP generic model with bearing clearances. A reduction method similar to the impedance formulation utilized with linear systems is used to reduce the housing-totor models to their coordinates at the bearing clearances.

• KSTLE International Journal
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• 제4권1호
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• pp.1-7
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• 2003

A turbo pump unit provides high pressure oxygen and fuel in a space shuttle main engine (SSME). This paper focused on rotordynamics, investigating its characteristics based on a numerical simulation of turbo pump finite element model. Speeds up to 50,000 rpm are considered, as well as the special problems related to elastic-ring, seal hydrodynamic force, shroud force and clearance-excitation farce. The rotordynamic prediction shows that the elastic-ring which is inserted between the casing and the outer race of ball bearing allows far an acceptable separate margin of first critical speed. Additionally, the results show that the floating ring seal, which have a peculiar ring, adds substantial stiffness and damping to the system as well as exhibits superior performance in terms of rotordynamic stability of system compared to the plain seal.