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공력과 추력방향 동시 제어가 가능한 전기식 구동장치 설계
이하준(Ha Jun Lee),윤기원(Kiwon Yoon),송인성(In Seong Song),박창규(Chang Kyoo Park),이영철(Young Cheol Lee) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.1
비행체용 전기식 구동장치는 일반적으로 공력비행 조종날개의 편향각 또는 추력방향을 제어하는 장치로 본 논문은 공력제어와 추력방향 제어가 모두 가능한 전기식 구동장치의 설계 및 개발을 다루고 있다. 본 논문에서는 하나의 작동기로 미익과 제트 베인을 동시에 제어할 수 있고, 비행체의 표적까지 비행동안 효율을 증가시키기 위하여 수직 발사 및 고속 선회 후 제트 베인을 분리할 수 있는 새로운 소형 전기식 구동장치를 제안하였다. 이를 위하여, 푸시-푸시 링크 구조를 사용한 전기식 구동장치를 설계하였고 수학적 모델을 유도하였다. 수학적 모델은 시뮬레이션 결과와 실험결과를 비교하여 모델의 타당성을 검증하였다. 개발된 구동장치의 성능 및 신뢰성은 성능시험, 환경시험, 지상연소시험을 통하여 검증하였다. 제안된 구동장치는 성능 및 신뢰성 뿐만 아니라 단순하고 콤팩트한 구조로 인해 비행체용 전기식 구동장치로 유용할 것으로 기대된다. Electromechanical Actuator(EMA) for flight vehicles generally serves to control the fin deflection angle or the thrust vector angle. This paper deals with design and development of EMA for both aerodynamic control and thrust vector control. In this paper, a novel compact EMA is proposed that can simultaneously control both the tail fin and the jet vane with one actuator and detach the jet vane after vertical launch and rapid turn of the flight vehicle so as to increase efficiency during flying to target. To do this, we designed the EMA using a push-push link mechanism and derived a mathematical model. The mathematical model is validated by comparing simulation result and experimental data. The performance and reliability of the proposed EMA have been verified through performance test, environmental test and ground test. The proposed EMA is expected to be useful as an EMA for flight vehicles because of its simple and compact structure, as well as its performance and reliability.
이중목 노즐을 이용한 추력벡터 제어에 관한 기초적 연구
신춘식(Choon Sik Shin),김희동(Heuy Dong Kim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.5
최근 이중목 노즐(Dual Throat Nozzle, DTN)을 사용하여 추진체의 추력을 제어하는 방법이 많은 주목을 받고 있다. 이중목 노즐은 공동을 사이에 두고 두 개의 노즐 목을 가지도록 설계된다. 본 연구에서는 DTN의 유동특성을 조사하기 위하여, 수치해석적인 방법을 적용하였으며, 2차유동의 질량 유량을 변화시켰다. 수치해석에서는 2차원, 압축성 Navier-Stokes방정식을 풀기 위하여, 유한체적법을 적용하였다. 그 결과 본 수치해석은 실험결과를 잘 예측하였으며, DTN을 이용한 추력벡터 제어는 추력계수와 유출계수의 항으로 상세하게 설명하였다. Dual throat nozzle(DTN) is recently attracting much attention as a new concept of the thrust vectoring technique of propulsion jet. This DTN is designed with two throats, an upstream minimum and a downstream minimum at the nozzle exit, with a cavity in between the upstream throat and exit. In the present study, a computational work has been carried out to analyze the performance of a dual throat nozzle(DTN) at various mass flow rate of secondary flow. Two-dimensional, steady, compressible Navier-Stokes equations were solved using a fully implicit finite volume scheme. The present computational results were validated with some experimental data available. Based upon the present results, Thrust-vector contro
초음속 노즐 출구에 비대칭적으로 설치한 램프 탭의 성능 연구
김경련(Kyoung-Rean Kim),고재명(Jae-Myoung Ko),박종호(Jong-Ho Park) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.10
추력방향제어는 발사 직후 비행체를 임의의 방향으로 급선회해야 할 경우에 초음속 노즐의 배출가스 방향을 조절하여 측력과 모멘트를 형성시키는 방법이다. 본 연구에서는 압축공기를 이용한 비 연소시험으로 초음속유동 시험장치를 이용하여 기계적 편향판인 램프 탭의 설치위치에 따라 성능연구를 수행하였다. 밀도변화에 따라 유동장을 관찰할 수 있는 쉬리렌 장치를 이용하여 램프 탭 내부에서 발생하는 유동장 구조와 경사충격파의 위치 등을 가시화하였다. 아울러 각 방향에 작용하는 제어 힘, 추력손실 및 표면 압력 분포 등을 도시ㆍ분석하였다. Thrust vector control(TVC) is the method which generates the side force and moment by controlling the exhausting gas directly from the supersonic nozzle to change the trajectory of a missile quickly. In this paper, performance study on the tapered ramp tabs asymmetrically installed in the supersonic nozzle exhaust for the thurst vector control has been carried out using the supersonic cold flow system. To study the shock wave structure and location of the oblique shock wave produced by the ramp tab, the flow field visualization using the schlieren system is conducted. This paper provides the thrust spoilage, three directional forces and moments and distribution of surface pressure on the region enclosed by the tapered ramp tabs.
전하민,박종호,유창경 한국항공우주학회 2022 韓國航空宇宙學會誌 Vol.50 No.6
고고도 교전 시 사용되는 궤도수정 및 자세제어 시스템(Divert and Attitude Control System, DACS)은 고가이며 복잡하다. 본 논문에서는 비교적 단순하고 저가인 추력벡터제어(Thrust Vector Control, TVC)를 탑재한 유도탄의 고고도 종말 유도조종 루프를 제안한다. 본 유도조종 루프는 쿼터니언 피드백 제어기법을 이용하여 진 비례항법유도로 산출된 가속도 명령으로부터 변환된 추력 자세각 명령을 추종하며 유도를 수행한다. 고고도에서 탄도탄에 대한 교전 시뮬레이션을 통하여 제안한 유도조종 루프의 성능을 분석한다.
과팽창 초음속제트의 방향 제어를 위한 유체역학적 제어의 동특성 연구
허준영(Junyoung Heo),유광희(Kwanghee Yoo),조민경,성홍계(Hong-Gye Sung),이열(Yeol Lee),전영진(Youngjin Jeon),조승환(Seunghwan Cho) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5
기계적 제어장치를 사용하지 않으면서도 추력방향 제어가 가능한 유체역학적 추력편향제어(Fluidic Thrust Vector Control; FTVC)기법에 대한 연구 논문이다. 2차 유동은 주 유동 흐름과 같은 방향으로 분사하였고, 선행연구를 통해 정상(steady)상태의 수치해석 결과는 실험과 비교·검증하였다. 이를 바탕으로 비정상(unsteady) 수치해석을 수행하였고, 위아래로 제트가 편향이 될 때에 소요되는 시간과 벽면에서의 압력 분포 등을 조사하여 추력벡터의 동특성을 연구하였다. The purpose of this research is to investigate the dynamic characteristics of fluidic thrust vector control using the co-flow injection. In previous research, both numerical and experimental approaches for steady state were conducted to investigate operation-parameters and detail flow structure of the fluidic thrust vector control system. Based upon the previous results, numerical unsteady calculation was conducted to analyze the dynamic characteristics of jet up- and down-ward vectoring so that the transition time and the pressure distribution along the wall, and so on were investigated.
동축류 이차유동 분사를 이용한 초음속 과팽창 제트유동의 유체역학적 추력방향제어 작동특성 연구
허준영(Jun-Young Heo),전동현(Dong-Hyun Jeon),이열(Yeol Lee),성홍계(Hong-Gye Sung) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.5
본 연구는 주유동의 흐름과 동일한 방향으로 2차 유동을 분사하여 주유동의 방향을 제어하는, 동축류 유체역학적 추력방향제어기법에 관한 연구이다. 이는 유체역학 특징인 코안다 효과를 이용하는 기술이다. 주유동의 전압력은 설계노즐의 과팽창 조건인 300~790㎪ 이며 이차유동의 제어유동압력(120~200 ㎪)에 따른 제트편향각, 세부유동특성, 제어노즐 후방에서의 충격파에 따른 추력편향특성에 대하여 수치적, 실험적 연구를 수행하였다. 이를 바탕으로 초음속 제트유동의 방향을 변화시킬 수 있는 제어유동의 작동한계(0.15 < PR < 0.4)를 도출하였다. The purpose of this research is to investigate the operation characteristics of fluidic thrust vector control using injection of the control flow parallel to the main jet direction; Co-flow injection. The technique bases on the Coanda effect of flow. Both numerical and experimental studies were conducted to investigate operation parameters; flow structure, the jet deflection angle, and shock effects near the nozzle exit. While the total pressure of mam jet is the range of 300 to 790 ㎪, the total pressure of control flow varies from 120 to 200 ㎪. The jet deflection angle and thrust coefficient have linear relation with the pressure ratio(PR) of main jet to control flow in 0.15 < PR < 0.4 but show their limit above PR = 0.4.