A controller test on a sounding rocket using a testbed is discussed in the paper. Because of the high cost and the risk for the flight test the hardware simulation on the ground is performed. In this paper the conventional On/Off Controller is applied to the attitude control of a sounding rocket. The hardware simulation results are compared with those of the software simulation.
고체 추진기관 설계에는 고체 추진제 연소속도, 요구 추력, 연소관 압력, 연소시간, 탄의 직경, 길이, 무게, 최대 가속도와 같은 많은 설계요소 및 제약이 존재한다. 이러한 요소 및 제약의 최적화를 위해 내탄도/외탄도 해석을 위한 통합 설계 프로그램을 개발하였고 고체 로켓 모터의 시험을 통해 그 유용성을 확인하였다.
The Korean space program was marked by the successful launching of a KSR-III liquid propelled sounding rocket. The Inertial Navigation System (INS) which carries out critical mission functions of navigation, guidance and control was domestically developed and perfectly certified through the flight test. The system consists of a strapdown inertial measurement, an onboard computer and flight software. This paper will describes the development works of the inertial navigation system, including top level system design, hardware and software. And it summarizes flight results.
액체로켓 엔진시스템에 있어서 과도 해석은 시스템 시험 항목이나 시험 횟수의 선정과 개발 기간 등의 단축을 위해 반드시 필요한 항목이다. 본 연구에서는 터보펌프 공급식 로켓 엔진의 수학적 모델을 구성하였으며, 이를 이용하여 추력 제어 밸브의 개도 변화에 따른 엔진의 작동 모드 변화에 대한 과도해석을 수행하였다. 검증을 위하여 AnaSyn을 이용한 모드 해석 결과와 비교하여 $2\%$ 범위 내로 일치하는 것을 확인하였다.
KSR-III 로켓은 액체추진 엔진을 사용한 과학로켓이며, 추력 비행중 피치 및 요 자세제어를 위해 추력벡터제어 방식을 사용하고, 롤 자세를 제어하기 위해 냉가스 추력기를 사용하였다. 본 논문은 KSR-III 로켓의 3축 자세제어를 위해 설계된 자세제어기의 구조와 이득 스케쥴링, 자세 안정성 분석결과에 대해 소개한다. 설계된 자세제어기는 국산화 개발된 관성 항법시스템의 비행소프트웨어로 구현되었는데 비행시험에서 완벽히 작동하였다. 비행에서 측정된 데이터는 시뮬레이션 결과와 거의 일치되었다.
본 연구에서는 가스발생기 사이클 엔진시스템의 제어특성을 검토하고, 제어기를 구성하기 위한 해석의 일환으로 공칭 작동점 부근에서의 선형해석을 위한 Simulink 수학적 모델을 구성하여, 엔진 스로틀링 과정에 대한 해석을 수행하였다. 스로틀 밸브의 특성이 엔진동특성에 미치는 영향을 검토하기 위하여 추력제어밸브와 가스발생기 혼합비 유지를 위한 압력균형기(pressure stabilizer)의 모델, 그리고 제어밸브 구동용 모터의 수학적 모델을 포함시켰다.
In this paper, a fuel minimizing closed loop explicit inertial guidance algorithm for the orbit injection of a rocket is developed. In this formulation, the fuel burning rate and magnitude of thrust are assumed constant, and the motion of a rocket is assumed to be subject to the average inverse-square gravity, but with negligible atmospheric effects. The optimum thrust angle for obtaining the given velocity vector in the shortest time with minimizing fuel consumption is first determined, and then the additive thrust angle for targeting the final position vectors is determined by using Pontryagin's Maximum Principle. To establish the real time processing, many algorithms of the onboard guidance software are simplified. Simulations for the explicit guidance algorithm, for the 2nd-stage flight of the N-1 rocket, are carried out. The results show that the guidance algorithm works well in the presence of the maximum .+-.10 % initial velocity and altitude error. The effects of the guidance cycle time is also examined.
In this Paper, a fuel minimizing closed loop explicit inertial guidance algorithm for orbit injection of a rocket is developed. In the formulation, the fuel burning rate and magnitude of thrust are assumed constant. The motion of rocket is assumed to be subject to the average inverse-square gravity, but negligible effects from atmosphere. The optimum thrust angle to obtain a given velocity vector in the shortest time with minimizing fuel consumption is first determined, and then the additive thrust angle for targeting the final position vector is determined by using Pontryagin's maximum principle. To establish real time processing, many algorithms of onboard guidance software are simplified. The explicit guidance algorithm is simulated on the 2nd-stage flight of the N-1 rocket developed in Japan. The results show that the explicit guidance algorithm works well in the presence of the maximum $\pm$10% initial velocity and altitude errors, and exhibits better performance than the open-loop program guidance. The effects of the guidance cycle time are also examined.
액체로켓 엔진시스템에 있어서 과도 해석은 시스템 시험 항목이나 시험 횟수의 선정과 개발 기간 등의 단축을 위해 반드시 필요한 항목이다. 본 연구에서는 터보펌프 공급식 로켓 엔진의 수학적 모델을 구성하였으며. 이를 이용하여 추력 제어 밸브의 개도 변화에 따른 엔진의 작동 모드 변화에 대한 과도해석을 수행하였다. 검증을 위하여 AnaSyn을 이용한 모드 해석 결과와 비교하여 2% 범위 내로 일치하는 것을 확인하였다. 또한 로켓 엔진 시스템의 과도해석 모델을 이용하여 엔진 구성품에 대한 시스템 차원의 설계 변수 결정이 가능함을 보였다. 압력안정기(pressure stabilizer)는 가스발생기 혼합비를 균일하게 유지시켜주는 장치로서, 이에 대한 감쇠 강제진동 모델을 세워 고유진동수와 감쇠비의 함수로 안정 영역을 구하였다.
체계 요구조건에 빠르고 정확한 자료제공을 위해 고체추진기관 구조체에 대한 설계자동화 프로그램인 'ProDes'를 개발하고 검증하여 그 성능을 입증하였다 주어진 체계설계 요구도 및 구속조건으로부터 총 개발기간과 인력을 획기적으로 감소시키며, 또 설계, 해석, 시뮬레이션 및 도면화 등 일련의 업무를 통합적으로 수행하기 위해 프로그램 개발이 수행되었다. 프로그램은 모듈화되어 있으며, 각 단계별 계산은 설계 변수별 적용연구가 수행되어 최종 설계 목표치에 도달되도록 구성 되어있다. 다양한 종류의 마스터 모델로 된 구성품과 체결형태는 구축된 라이브러리 DB 모듈로부터 얻어진다. 개발 프로그램을 이용한 추진기관 구조체 설계와 기존 상세된 설계를 비교 분석한 결과 서로 잘 일치함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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