고도보정 노즐의 기술 및 특허 동향

최준섭(Junsub Choi),문태석(Taeseok Moon),최종인(Jongin Choi),박상현(Sanghyeon Park),김한솔(Hansol Kim),허환일(Hwanil Huh) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.8

고도보정 노즐은 모든 고도에서 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 고안된 노즐이다. 발사체의 비추력을 향상시키기 위한 방법으로는 연소실만의 특성인 특성배기속도를 향상시키는 방법과 노즐만의 특성인 추력계수를 향상시키는 방법이 있다. 고도보정 노즐은 동일한 연소기에서 노즐의 성능 개선을 통해 발사체의 성능향상을 가능하게 한다. 고도보정 노즐에 대한 연구는 독일 DLR에서 활발하게 진행되고 있으며, 미국, 러시아, 영국, 호주, 일본 등 항공우주선진국에서도 진행되고 있다. 본 논문에서는 고도보정 노즐에 대한 기술 현황 및 특허 동향에 대해 조사하였다. 이를 바탕으로 고도보정 노즐의 기술흐름을 파악하고 발사체 성능향상 연구에 기초자료로 활용하고자 한다. The altitude compensation nozzle is a nozzle designed for optimum performance at all altitudes. A method of improving the specific impulse of the space launch vehicle is a method of improving the characteristic exhaust velocity which is a characteristic of the combustion chamber and a method of improving the thrust coefficient which is a characteristic of the nozzle. The altitude compensation nozzle enables improvement of the performance of the space launch vehicle by improving the nozzle performance for the same combustor. Research on altitude compensation nozzles has been actively carried out in the DLR in Germany and is being carried out in advanced countries such as the US, Russia, UK, Australia and Japan. In this paper, the technology trends and patent trends of altitude compensation nozzles are investigated and summarized. Based on this, the technical trends of altitude compensation nozzles is grasped and utilized as basic data for the study on the performance improvement of a launch vehicle.

드론 초분광 영상의 대기효과 보정 필요성 분석

송영선(Song, Yeong Sun) 대한공간정보학회 2020 대한공간정보학회지 Vol.28 No.3

대기보정은 항공기나 위성으로부터 취득한 초분광 영상의 영상분류 정확도를 높이기 위한 필수적이고 중요한 과정이다. 그러나 드론 초분광 영상은 항공기나 위성에 비해 비교적 저고도에서 데이터가 취득되므로 대기에 의한 왜곡이 많지 않으며, 이에 대기보정의 과정이 불필요할 수도 있다. 이에 본 연구에서는 드론 초분광 영상의 대기보정 필요성을 분석하기 위해 각각 30m, 80m, 150m, 200m, 300m로 고도를 달리하여 영상을 취득하고 고도별, 타깃별 스펙트럼의 변화를 비교하였다. 또한, 복잡한 매개변수를 요구하지 않는 quick atmospheric correction(QUAC)과 경험적 선형보정(empirical line correction)기법을 이용하여 대기보정을 수행하고, 두 방법의 성과를 분석하였다. 그 결과, 드론 초분광 영상의 경우 고도에 따라 스펙트럼의 변화가 크지 않았으며, QUAC 기법보다 경험적 선형보정 기법이 대기보정의 결과가 더 좋은 것으로 나타났다. Atmospheric correction is an essential and important process to improve the accuracy of image classification of hyperspectral images acquired from aircraft or satellites. However, since the drone hyperspectral image is acquired at a relatively low altitude compared to an aircraft or a satellite, there is not much distortion due to the atmosphere, and thus the process of atmospheric correction may be unnecessary. Therefore, in this study, in order to analyze the necessity of atmospheric correction of drone hyperspectral images, images were acquired at different altitudes of 30m, 80m, 150m, 200m, and 300m, respectively, and the changes in spectrum for each altitude and target were compared. In addition, atmospheric correction was performed using quick atmospheric correction(QUAC) and Empirical Line Correction Method, which do not require complex parameters, and the results of both methods were analyzed. As a result, in the case of the drone hyperspectral image, the change in spectrum was not large according to the altitude, and the empirical line correction method showed better results of atmospheric correction than the QUAC method.

칼만필터를 이용한 Baro-Inertial 고도루프의 설계 및 성능분석

김현석,이윤선,제창해 한국항해항만학회 2006 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2 No.-

관성항법장치는 관성항법장치를 구성하는 관성센서인 가속도계 및 자이로의 오차요소에 의해 수평축 항법오차는 슐러주기를 가지고 서서히 증가하는 반면에 수직축 오차는 기하급수적으로 증가하는 특성을 가지고 있다. 그러므로 관성항법장치를 장시간 운용하는 경우에는 비관성 보조센서를 이용하여 관성항법장치의 수직축 항법오차에 대한 보정을 반드시 수행하여야 한다. 관성항법장치의 수직축 항법오차를 보정하기 위한 비관성 보조센서의 일종인 기압고도계는 계측된 대기압과 모델링 된 대기압을 비교하여 항체의 고도를 측정하는 방법을 이용하기 때문에 항체의 자세변화 등에 매우 민감하고 대기압 측정오차에 의해 매우 큰 진폭의 잡음 및 바이어스가 존재한다. 본 논문에서는 시뮬레이션 및 시험을 통하여기압 고도계의 잡음 및 바이어스 오차 성분에 의한 baro-inertial 고도루프의 성능분석 결과를 제시하고 기압고도계 잡음에 둔감한 INS/기압고도계 칼만필터의 설계 결과를 제시한다.

고도 보정 외부형 핀틀추력기의 고도에 따른 성능 계산

최준섭,허환일 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.4

고도 보정 노즐은 고도에 따른 로켓의 비추력 성능을 최대화하기 위한 목적으로 개발이 진행되고 있다. 국내에서도 경제적인 우주개발을 위해 효율적인 노즐에 대한 연구의 필요성이 있다. 본 논문에서는 고도 보정 노즐의 종류 중 E-D nozzle과 유사한 외부형 핀틀추력기를 활용하여 전산수치해석을 수행하였다. 고도에 관계없이 노즐 출구에서 과소 팽창하는 결과를 보였다. 지상에서 고도 20 km로 상승하면 노즐 출구 속도, 마하수, 추력 등이 증가하였으며, 공력하중 또한 증가하는 경향성을 나타내었다. 이를 바탕으로 핀틀 및 노즐의 형상을 최적화 할 수 있는 연구가 필요하다. Altitude compensation nozzle is being developed to maximize the specific impulse of a rocket. In Korea, there is a need for research on the development of effective nozzles for lucrative space development. In this paper, numerical computations were performed by utilizing an external pintle thrusters, similar to the E-D nozzle, one of the altitude compensation nozzles. Regardless of the altitude, results show under-expansion at the nozzle outlet. When altitude is increased to 20 km from sea level, the nozzle exit velocity, Mach number, thrust, as well as aerodynamic loads are increased. Based on this research, it is required to optimize the shape of the pintle and the nozzle combination.

기압 고도의 정밀도 향상을 위한 정압 오차 모델에 관한 연구

정석영(Suk Young Jung),안창수(Chang Soo Ahn) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.4

무인기의 INS/CPS/기압고도계 결합항법 시스템에서 수직채널감쇠루프를 사용하여 고도 오차를 보정할 때 비행 고도의 오차를 감소시키기 위해서 기압고도계의 정밀도를 향상시켜야한다. 피토정압관을 사용하여 기압 고도를 측정할 때 비행 속도와 자세 등의 변화에 따라 피토정압관 주위의 압력이 변하여 정압 오차에 의한 기압 고도의 오차를 유발한다. 정압 오차를 보정하기 위하여 풍동 시험과 CFD, 비행 시험 등의 자료를 이용하여 피토정압관 측정 압력의 변화를 분석하고 받음각과 비행 속도에 따른 압력 오차의 모델을 수립하였다. 비행 속도 변화에 의한 오차를 보정하기 위하여 피토정압관의 차압과 차압/정압 비를 사용한 두 가지 오차 모델에 대하여 압력 섭동에 대한 민감도 해석을 하였고 비행 시험에 적용하여 차압/정압 비를 사용한 모델이 고고도 비행 특성이 우수하다는 결론을 얻었다. In GPS/INS/barometer navigation system for UAV, vertical channel damping loop was introduced to suppress divergence of the vertical axis error of INS, which could be reduced to the level of accuracy of pressure altitude measured by a pitot-static tube. Because static pressure measured by the pitot-static tube depends on the speed and attitude of the vehicle, static pressure error models, based on aerodynamic data from wind tunnel test, CFD analysis, and flight test, were applied to reduce the error of pressure altitude. Through flight tests and sensitivity analyses, the error model using the ratio of differential pressure and static pressure turned out to be superior to the model using only differential pressure, especially in case of high altitude flight. Both models were proposed to compensate the effect of vehicle speed change and used differential and static pressure which could be obtained directly from the output of pressure transducer.

고도 보정용 듀얼 벨 노즐 개발 동향과 기술 분석

최준섭(Junsub Choi),허환일(Hwanil Huh) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.5

듀얼 벨 노즐은 일반적인 벨 형상 노즐의 문제점인 저고도에서의 과대팽창, 고고도에서의 과소팽창을 감소시키며, 이로 인해 손실되는 비추력을 최소화 할 수 있는 노즐이다. 미국의 Rocketdyne사에서는 확장 노즐의 형상에 따른 추력특성을 분석하였고, NASA에서는 고도에 따른 연소실험을 수행하였다. 유럽은 DLR을 중심으로 굴곡각, 노즐 길이, 팽창비 등에 따른 연구를 진행하고 있으며, 러시아의 MAI에서는 팽창부에 슬롯을 추가하여 추력손실을 줄일 수 있는 연구가 진행되고 있다. 아시아에서는 일본, 인도 등에서 연구가 진행되고 있고, 일본의 미쓰비시사에서 슬롯 노즐과 유사한 개념의 기술을 특허로 등록하였다. 본 논문에서는 고도 보정이 가능한 노즐로써 듀얼 벨 노즐의 개념 및 성능과 국외 연구 개발 현황을 정리하였다. 국내에서도 경제성 있는 우주개발을 위해 듀얼 벨 노즐에 대한 연구가 필요하다. Dual-bell nozzle can overcome the performance losses of the conventional bell-shaped nozzles which induced by off-design operations with either over-expanded or under-expanded exhaust flow and minimize the losses of the specific impulse. In United States, Rocketdyne analyzed thrust characteristics according to the shape of the expansion nozzle and NASA conducted hot firing tests with various altitudes. DLR, which is one of the research institute of the Europe, is carrying out research for the different cases of inflection angle, nozzle length and expansion ratio. MAI of Russia applied the slot nozzle to the expansion region in order to reduce the performance losses. In Asia, both the Japan and the India are researching on the dual-bell nozzle and Mitsubishi cooperation of the Japan registered its patent. In this paper, concepts and performance of dual-bell nozzle, which can compensate altitude, are investigated and trends of current research are summarized. It is necessary for Korea to research on the dual-bell nozzle for lucrative space development.

고도 보정용 확장-굴절(E-D) 노즐의 국외 연구 동향

문태석(Taeseok Moon),박상현(Sanghyeon Park),최준섭(Junsub Choi),허환일(Hwanil Huh) 한국항공우주학회 2017 韓國航空宇宙學會誌 Vol.45 No.10

E-D 노즐은 고도에 따라 노즐 내의 유효 면적을 변화시켜 고도 보정 효과를 통해 성능 이득을 가지는 노즐이다. E-D 노즐은 노즐의 길이를 절감시켜 발사체의 탑재중량이득을 얻을 수 있다고 알려져 있는데, 이러한 E-D 노즐의 장점과 잠재적인 가능성 때문에 영국, 독일, 호주, 유럽 등에서 관련된 연구가 수행되었다. 영국의 경우 E-D 노즐의 유동 특성과 고도 보정 노즐 중 듀얼 벨 노즐과의 성능 비교 연구를 수행하였고, DLR에서는 E-D 노즐의 천이 특성을 파악하기 위해 노즐 압력비 변화에 따른 천이 특성을 중점적으로 분석하였다. 유럽에서는 실제 발사체 Ariane 5 ESC-B 상단에 E-D 노즐 개념을 적용한 수치적 연구를 수행하여 노즐 길이 절감에 따른 탑재중량이득 가능성을 확인하였다. 본 논문에서는 국외에서 수행한 E-D 노즐의 연구 동향을 특징 별로 분류 및 분석하였고, 향후 E-D 노즐 연구의 기초 자료로 활용하고자 한다. The Expansion-Deflection(E-D) nozzle is a nozzle that has a performance gain through the altitude compensation effect by changing the effective area within the nozzle according to the altitude. An E-D nozzle has been known to reduce the length of the nozzle and achieve the payload gain of the launch vehicle. Due to the potential advantages of an E-D nozzle, related research has been carried out in the United Kingdom, Germany, Australia and Europe etc. In the UK, the flow characteristics of the E-D nozzle and the performance comparison with the dual-bell nozzle which is altitude compensation nozzle were studied. In order to understand the transition characteristics of the E-D nozzle in DLR, the transition characteristics according to the nozzle pressure ratio change were analyzed. In Europe, numerical study using the E-D nozzle concept on upper stage of the launch vehicle Ariane 5 ESC-B was carried out to confirm the possibility of payload gain according to the nozzle length reduction. In this paper, research trends of an E-D nozzle performed outside the country are classified and analyzed according to their characteristics and utilized as basic data of E-D nozzle research in the future.

한국형 기동헬기 대기자료시스템 보정 방법

정혜진,정운갑,황유상 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

항공기 대기자료시스템은 항공기 주변의 압력을 측정하여 속도와 고도등의 대기정보를 조종사와 항법장치 및 자동비행조종장치에 전달하는 시스템이다. 대기자료시스템은 정확한 대기자료 정보를 제공하기 위한 성능 요구도가 존재하며 이러한 요구도를 만족하도록 설계되어야 한다. 한국형 기동헬기 대기자료시스템의 성능 요구도는 수평비행시 속도와 고도 오차로 판단하며 속도와 고도오차가 제한치 이내여야 한다. 본 논문에서는 전산유체해석 기법과 풍동시험을 통해 한국형 기동헬기 동체와 프로브의 공력 특성을 선행하여 분석하고 대기자료시스템의 위치를 선정한후, 비행시험을 통하여 입증하는 과정을 기술하였다. 또한 비행시험을 통해 선정된 위치의 적합성을 판단하고 보정 절차를 통해 요구도가 만족될 수 있도록 수행하였다. A air data system of aircraft provides airspeed and altitude information to the pilot and the automatic navigation system. The requirement of the air data system for providing accurate air data should be needed. KUH’s air data system requirement is airspeed error and altitude error should be within some limits during level flight. In this paper, aerodynamic characteristics of the KUH fuselage and pitot?static probe with computational fluid dynamics method and wind tunnel testing is analyzed, and the procedure of selecting the pitot-static probe position is described. In addition, validation of the requirement through the flight test is described.

선형 CCD카메라 영상의 정사투영 알고리즘 개발

곽성희 ( Sung Hee Kwak ),이영란 ( Young Ran Lee ),신동석 ( Dong Seok Shin ),김탁곤 ( Tag Gon Kim ) 大韓遠隔探査學會 1999 大韓遠隔探査學會誌 Vol.15 No.1

본 논문에서는 pushbroom 형태의 선형 CCD 카메라로부터 촬영한 고해상도 위성 영상의 정사투영 알고리즘을 소개한다. 정사투영은 초기기하학적보정, 정밀기하학적보정에 이은 위성 영상전처리의 최종단계이며 정사투영법을 사용하는 정밀 지형도 제작을 위해 반드시 필요하다. 정사투영영상을 생성하기 위해 카메라 모델은 기존에 본 학회지에 소개된 바 있는 카메라 모델 및 resampling 알고리즘(신동석, 이영란, 1997), 정밀카메라모델 결정 알고리즘(신동석 외, 1998)을 사용하였고 지형의 표고 데이터를 이용하여 알고리즘을 개발하였다. 여러 가지 실험 결과에서도 볼 수 있듯이 개발된 정사투영 알고리즘은 투시법(perspective projection)을 사용한 영상에서 지표의 고도에 따른 시차를 정확히 제거한다. 그리고 정사투영의 최종 절대 정확도는 정밀카메라모델을 생성하기 위해 사용된 GCP(Ground Control Point)의 정확도 및 사용되는 수치표고 데이터의 정확도에 의존함에도 유의해야 한다. In this paper, we introduce an algorithm for the ortho-rectification of high resolution pushbroom-type satellite images. The generation of ortho-images is the ultimate level of the satellite image preprocessing which also includes systematic geocoding and precision geocoding. It is also essential for the mapping of satellite images because topographic maps are based on the orthographic projection. The newly developed ortha-image generation algorithm introduced in this paper is on the line of the algorithms previously developed (Shin and Lee, 1997; Shin e 1998). Various experimental results are shown in this paper. The results show that the algorithm completely eliminates the disparities in the perspectively viewed images which were caused by the terrain height. The absolute accuracy of the developed algorithm depends on the accuracy of the camera model and the digital elevation model used.

고도 보정을 위한 E-D 노즐의 기술 분석

최준섭(Junsub Choi),황희성(Heuiseong Hwang),허환일(Hwanil Huh) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

E-D 노즐은 배기가스의 압력과 외부압력의 상호작용을 통해 고도를 보정하는 노즐이다. E-D 노즐과 관련하여 미국의 TRW에서 특허를 등록하였고, 호주, 영국, 독일 등에서 수치해석 및 실험적 연구가 진행 중이다. 본 논문에서는 E-D 노즐에 대한 국외 기술을 분석하였고, 이를 바탕으로 E-D 노즐 설계 및 수치해석을 수행하였다. 그 결과 노즐 압력비가 증가함에 따라 추력성능이 증가하는 것을 확인하였다. E-D nozzle is an altitude compensation nozzle through the interaction between the nozzle exhaust pressure and the atmosphere pressure. E-D nozzle patent is registered by the TRW of the United States and numerical/experimental studies is conducted by the Australia, the United Kingdom, and Germany. In this paper, the technology regarding E-D nozzle is analyzed and both the E-D nozzle design and numerical study are carried out. As a result, it is confirmed that the more nozzle pressure ratio increase, the more thrust performance increase.