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전기-유압식 추력벡터제어 구동장치시스템의 합성공진 특성 연구
민병주(Byeong-Joo Min),최형돈(Hyung-Don Choi),강이석(E-Sok Kang) 한국항공우주연구원 2008 항공우주기술 Vol.7 No.1
본 논문에서는 발사체에 적용하는 전기-유압식 추력벡터제어 구동장치시스템의 합성공진 현상에 대한 해석 연구결과를 기술한다. 합성공진 현상은 위치서보 구동장치시스템을 유연한 발사체 기체구조체 지지부에 장착하였을 때 발생한다. 이는 관성부하를 갖는 전기유압식 위치서보 시스템의 유압공진 현상과 유연한 기체구조체 지지부의 구조공진 현상의 합성에 의하여 발생한다. 합성공진 현상은 발사체 제어시스템에 의하여 되먹임 및 증폭되어 안정성을 악화시킬 수 있다. 이와 같은 현상을 정확하게 예측 및 분석할 수 있는 비선형모델을 개발하였으며 이에 기반을 둔 합성공진 억제 특성이 우수한 동적 압력 되먹임 (dynamic pressure feedback) 제어기법을 개발하였다. In this paper, the analysis results of synthetic resonance characteristics are described for the electrohydraulic thrust vector control actuation system. The synthetic resonance is induced by integration of position servo actuation system on the flexible launch vehicle mounting structure. The new resonance mode is synthesized due to composition of hydraulic resonance for electrohydraulic position servo system with inertia load condition and structural resonance for flexible mounting structure. This synthetic resonance can make stability of control system worse by feedback and amplification of control system. The exact nonlinear analysis model of this phenomenon is developed to predict and design a control algorithm for improvement characteristics. The DPF(Dynamic Pressure Feedback) control algorithm has been designed and has excellent resonance suppression capability.
발사체 추력벡터제어용 전기-기계식 구동장치시스템 특성 연구
민병주(Byeong-Joo Min),최형돈(Hyung-Don Choi),강이석(E-Sok Kang) 한국항공우주연구원 2007 항공우주기술 Vol.6 No.2
본 논문에서는 근래에 들어 중/소형급 추진기관을 갖는 발사체의 추력벡터제어용 구동장치시스템으로 적용 연구가 활발히 진행되고 있는 전기-기계식 구동장치시스템에 대한 설계 및 해석, 이에 기반을 둔 시제품 제작 및 시험 수행 결과를 기술하였다. 아울러 발사체 적용 추진기관 형상 및 규모를 기준으로 적합한 구동장치시스템의 원천동력 형상을 분류하였다. 국내에서 개발 중인 중/소형 추진기관 추력벡터제어용 구동장치시스템의 원천 동력은 배터리의 전기동력이며 이를 사용한 구동장치 형상은 전기-유압식과 전기-기계식으로 구분된다. 전기-기계식 형상이 전기-유압식 보다 작은 동력 변환 과정을 수행하기 때문에 원천동력 대비 구동기 출력동력의 비율을 나타내는 전효율이 우수한 것으로 분석되었다. 아울러 유사한 동력 규모와 기능을 갖는 구동장치시스템을 구성할 경우 전기-기계식 형상이 소요 부품의 수가 감소하여 중량 측면에서도 우위에 있음을 알 수 있었다. In this paper, the development results of electromechanical TVC actuation system is described in the aspect of design, analysis, manufacturing and test. The kinds of prime power for TVC actuation system is classified by the variety of propulsion system of launch vehicle. The electric power by battery is the sole candidate for prime power of TVC actuation system at the view point of feasible domestic infra technologies for the present. The characteristic analysis study is performed between electromechanical and electrohydraulic actuation system with respect to power efficiency, performance and weight efficiency. The electromechanical actuation system has superiority of power and weight efficiency according to less opportunity of power conversion process.
고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 제어특성 연구
민병주(Byeong-Joo Min),이희중(Hee-Joong Lee),박문수(Moon-Su Park),최형돈(Hyung-Don Choi) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.1
가동노즐의 회전운동을 가능케 하는 플렉스실 베어링은 고정되어 있지 않은 회전중심과 고체모터의 연소압력에 의한 압축운동 등과 같은 고유의 비선형 운동특성을 갖는다. 이를 극복하고 발사체의 정확한 자세제어를 수행하기 위해서 플렉스실 베어링 장착 가동 노즐의 추력벡터제어용 구동장치시스템은 보상제어회로 구성을 위한 별도의 가동노즐 위치정보 궤환 센서인 카운터 포텐시오미터를 필요로 한다. 이를 반영한 고체모터 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템 시제품 및 시험평가장치, 보상제어회로에 대한 설계 및 제작, 시험이 수행되었다. 연계통합시험 결과를 바탕으로 플렉스실 베어링을 장착한 가동 노즐의 고유특성과 이의 추력벡터제어에 사용되는 구동장치시스템의 제어특성을 분석하였으며 그 결과를 본 논문에 요약하였다. The motion of flexseal bearing for movable nozzle has inherent nonlinear characteristics due to floating rotational center and compression by combustion pressure of solid motor. To perform precise attitude control in spite of these characteristics, the TVC actuation system requires counter potentiometer as an extra position feedback sensor of movable nozzle to form a compensated control loop. The prototype TVC actuation system, test equipments and compensated controller are newly designed, manufactured and tested in consideration of counter potentiometer. On the basis of integration test, the inherent characteristics of movable nozzle and control characteristics of its TVC actuation system are analyzed and summarized in this paper.
한국형발사체 추력기 자세제어시스템 비행 중 추진제 소모량 추정식
강신재(Shin-jae Kang),오상관(Sang-gwan Oh),윤원재(Won-jae Yoon),민병주(Byeong-joo Min) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.7
한국형발사체 3단은 추력기 자세제어시스템에 의해 3단 엔진 점화 시점부터 위성 분리, 위성과 충돌을 막기 위한 회피기동까지 롤 및 3축 자세제어가 수행된다. 추력기 자세제어시스템은 추력기를 작동시킬 때 추진제를 소모하므로, 적정 추진제 충전은 임무 성공에 있어 중요하다. 그러므로 한국형발사체의 비행 중 추력기 자세제어시스템의 추진제 소모량이 얼마인지 추정할 수 있는 수단이 필요하다. 본 연구에서는 추력기 자세제어시스템에서 획득할 수 있는 압력, 온도 데이터를 바탕으로 추진제 소모량을 추정할 수 있는 에너지 관계식을 개발하였다. 개발된 관계식을 검증하기 위해 On-board 시스템과 유사한 시스템을 구성하여 시험을 했고, 추진제 소모량 추정식과 증류수를 사용한 시험 결과를 비교분석하였다. 또한 오차 분석을 통해 예측 결과의 신뢰성을 판단하였다. 마지막으로 시스템 수준 운용시험의 추진제 소모 결과도 나타내었다. Reaction Control System of the third stage of the Korean Space Launch Vehicle II conducts roll control and 3 axis control throughout third stage engine start, satellite separation, and collision and contamination avoidance maneuver. Reaction control system consumes its propellant in each thruster operation. Hence, loading of proper amount of the propellant is important for mission success. It is needed to have a rough estimation method of propellant consumption during the flight. In this paper, we developed a energy equation using pressure and temperature data which are acquired in the on-board reaction control system. We constructed a test system which is similar with the on-board reaction control system to verify the energy equation. Test results using deionized water were compared with estimated propellant consumption. We also conducted an error analysis of the energy equation. We also presented the propellant consumption result of a system level operation test.