시험발사체 발사대시스템 연료공급설비의 연료 충전모드 해석

여인석(Inseok Yeo),이재준(Jaejun Lee),안재철(Jaechel An),강선일(Sunil Kang) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

현재 한국항공우주연구원에서는 한국형발사체(KSLV-Ⅱ) 발사를 위하여 75톤급 액체로켓엔진을 개발 중에 있다. 75톤급 액체로켓엔진의 비행성능 시험 및 발사운용 검증을 위하여 시험발사를 계획하고 있다. 시험발사를 위해 나로호 발사대(제1발사대)를 개조하여 사용할 예정이다. 따라서 나로호 발사대와 비교하여 추진제 공급유량 및 충전시나리오의 수정이 필요하다. 이번 논문에서는 유동해석을 통하여 시험발사체 발사대의 연료공급설비의 개조사항을 검토하였다. 먼저 Steady state 해석을 통하여 유량조절을 위하여 사용되는 오리피스 사이즈를 선정하였다. 그 다음으로, Transient 해석을 통하여 충전시간과 충전모드 전환시점을 확인하였다. 또한 펌프 토출압력을 확인하여 기 설치된 펌프로 안정적으로 연료공급이 가능한 것을 확인하였다. Currently, Korea Aerospace Research Institute(KARI) has been developing liquid rocket engine with thrust of 75–ton for Korea Space Launch Vehicle-Ⅱ(KSLV-Ⅱ). Test-launch has been planned to verify flight performance of the liquid rocket engine and launch management. Launch complex for the Test Launch Vehicle(TLV) will be used renovating Naro launch complex(LC1). Therefore, modification of propellent supply flow and filling scenario are required compared with Naro launch complex. In this paper, the revision of kerosene filling system(KFS) on TLV launch complex is examined through flow analysis. First of all, flow control orifice size is determined through steady-state simulation. After that, filling time and the conversion point of filling mode is obtained performing transient analysis. Also, it is confirmed that Kerosene can be stably charged into the launch vehicle inspecting the discharge pressure of already installed kerosene supply pump.

한국형발사체 발사대시스템 추진제공급설비 설계

강선일(Sunil Kang),오화영(Hwayoung Oh),김대래(Daerae Kim) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5

대한민국의 새로운 우주발사체인 KSLV-II는 적합한, 자신만의 발사운용을 위해서 새로운 발사대시스템 개발이 요구된다. 새로운 발사대시스템은 운용 효율성의 극대화와 경제적인 관점에서 나로우주센터의 기존 KSLV-I 발사대 인근에 구축될 예정이다. 발사대시스템은 통상 기계설비, 전기설비, 그리고 추진제설비의 세 가지 지상설비들로 구성되는데, 이 중 추진제공급설비는 발사체 운용에 필요한 추진제 및 각종 가스류를 보관하고 조건에 맞게 공급하는 시스템들의 집합체로 정의된다. 본 논문에서는 한국형발사체 발사대시스템의 추진제공급설비에 대한 구성 및 기능과, 발사 시 발생하는 고온 고속의 연소 후류를 안전하게 배출하기 위한 화염유도로 형상에 대한 기본 설계 결과를 소개하고자 한다. KSLV-II, the new launch vehicle of Korea, has been required the new launch complex for its own and fit launch operations. The new launch complex will be constructed in NARO Space Center neighboring KSLV-I launch complex for maximizing efficiency of operation and economic matters. The launch complex commonly has three ground equipments, mechanical, electrical and fuel ground equipment and the fuel ground support equipment could be defined as aggregate of systems for storage and supply the propellants and gases which were supplied to launch vehicle. The compositions, functions and capabilities of fuel ground support equipment are introduced in this paper. And the basic design results of flame deflector configurations are also included.

발사대 고압가스공급설비 제어시스템 알고리즘 검증

안재철(Jaechel An),문경록(Kyungrok Moon),오일석(Ilseok Oh) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.12

고압가스공급설비 제어시스템은 발사대 인증시험 및 발사운용에 필요한 고압가스를 저장하고 공급하는 설비를 제어하는 역할을 수행한다. 발사대를 구성하는 대부분의 설비는 운용을 위해 고압가스를 필요로 한다. 그렇기 때문에 고압가스공급설비를 제어하는 제어시스템은 발사대를 구성하는 다른 시스템 보다 먼저 개발과 검증이 이루어져야 한다. 하드웨어와 소프트웨어 검증은 구분하여 수행한다. 특히, 제어기에 탑재되는 제어알고리즘 소프트웨어 검증은 제어시스템 개발 기간 중 많은 시간과 인력 비용이 투입된다. 따라서 구체적인 시험절차와 방법이 사전 준비가 되어야 효율적 개발이 가능하다. 본 논문에서는 고압가스공급설비와 제어시스템 구성, 알고리즘 검증 절차를 소개한다. 또한 알고리즘 검증시 식별된 지연요인과 지연 최소화 방안 그리고 주요 알고리즘의 동작 결과를 제시한다. The control system of compressed gas supply facility is responsible for storing and supplying compressed gases required for launch complex qualification test and launch operation. Most of the facilities that make up the launch complex need the supply of the compressed gas to operate themselves. Therefore, the control system of the compressed gas supply facility should be developed and verified earlier rather than the other systems that constitute launch complex. Each verification for hardware and software is performed separately. In particular, software verification of control algorithms loaded on the controller takes a lot of time and man power during the development period of control system. Thus, specific test procedures and methods should be prepared in advance for efficient development. This paper introduces the configuration of compressed gas supply facility with its control system and the algorithm verification procedure. Also, we present the identified delay factors with the method of minimizing them, and the result of major algorithms of operation.

한국형발사체 발사대시스템 산화제공급설비 상세설계

서만수(Mansu Seo),고민호(Min-Ho Ko),선정운(Jeong-Woon Sun),서현민(Hyun-Min Suh),이재준(Jae Jun Lee),강선일(Sunil Kang) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

발사대 시스템의 산화제 공급계(Liquid Oxygen Filling System)는 발사체의 추진제(Propellant) 중 연료의 연소를 위한 산화제(Oxidizer)로 사용되는 액체 산소(Liquid Oxygen)를 저장하고, 발사체 요구조건에 맞게 공급하는 하는 설비이다. 본 논문에서는 한국형 발사체(KSLV-II) 발사대 시스템 상세설계(Critical Design, 2015년 8월에서 2016년 4월, 8개월) 동안 수행된 한국형 발사체 발사대 시스템 추진제 공급설비의 산화제 공급계 설계 내용을 주요 설비 구성에 대하여 구조적 관점으로 소개한다. In this paper, the liquid oxygen filling system (LOXFS) of the launch complex system of Korea Space Launch Vehicle-II (KSLV-II) is introduced based on critical design result by KARI in 2015 to 2016. The function and specification of the main systems of the liquid oxygen filling system, such as the storage tank, the drainage tank, the supply pumping system, the curved heat exchanger with liquid nitrogen, end valve block system, and umbilical connection, are presented.

우주발사체 엔진 연소 후류에 따른 발사대 지상설비 영향성 분석

오화영(Hwayoung Oh),엄형식(Hyungsik Um),허환일(Hwanil Huh) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

발사대시스템은 조립시험시설에서 단별 총 조립과 기능 점검을 마친 우주발사체를 발사장으로 이송하여 최종 기능 점검과 추진제, 고압가스 충전을 통해 발사 운용을 수행하는 설비이다. 발사대 지상에 위치한 지상기계설비는 우주발사체 엔진 노즐 후단에서 배출되는 고온·고속의 연소가스에 견딜 수 있도록 구축되어야 한다. 본 논문에서는 전산유동해석을 활용하여 시험발사체 이륙 시 엔진 연소가스가 발사대 지상설비에 미치는 영향에 대해 검토하였다. The launch complex system is a facility that transports the launch vehicle, of which all the stages have been assembled and functionality has been checked at the assembly complex, and conducts the launch operation as it provides final functionality checkouts and charges propellant and high-pressure gases. The mechanical ground support equipment located on the ground should be constructed to bear up under the exhaust gas of high temperature and pressure emitted from the engine nozzle. In this paper, we analyzed the effect of exhaust gas on the ground equipment related to a lift-off of the Test Launch Vehicle by means of computational flow analysis.

한국형발사체 발사대 지상장비제어계 접지시스템 설계

문경록(Kyungrok Moon),안재철(Jaechel An),정일형(Ilhyung Jung),홍일희(IIhee Hong),강선일(Sunil Kang) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

발사대 지상장비제어계는 발사관제설비의 핵심 요소 장비로 추진제공급설비 등의 발사운용설비를 원격으로 자동 제어하는 역할을 담당한다. 지상장비제어계는 다양한 전기 및 전자시스템으로 구성되므로 주 전원공급설비로부터 필요한 전력을 공급 받고 주변 제어대상 설비와 전기적인 신호를 교류하는 인터페이스를 갖게 된다. 일반적으로 접지시스템은 기기의 안정적인 운용과 운영 인력의 안전을 위하여 매우 중요하다. 발사대의 전기 및 전자시스템은 발사관제설비 뿐만 아니라 전력공급, 낙뢰보호, 통신, 조명, 폐쇄회로감시 등 시설과 기타 제어시스템을 포함하며, 이들은 모두 직접 또는 간접적으로 상호 영향을 주고 받는다. 따라서 접지시스템은 각 시스템 간 영향을 효과적으로 차단 또는 최소화하도록 설계되어야 한다. 본 논문에서는 주변 시스템과의 인터페이스를 고려한 한국형발사체 발사대 지상장비제어계 접지시스템의 설계 내용을 소개한다. Technological Equipment Automated Control System (TEACS) is one of the most important components, which has the role of automatic control of the technological equipment (TE) in a launch complex. Since its configuration is composed of a variety of electrical and electronic systems, it should receive the electrical power from a main power supply system and exchange the signals with related systems. In general, the grounding system is critical for the stable operation and safety of operating personnel. Electrical systems such as power supply equipment, lightning protection system, communication systems, lighting equipment, and closed-circuit monitoring facility will have mutual influences either directly or indirectly. Therefore, the electrical grounding system should be designed effectively in order to prevent or minimize the interferences among them. This paper introduces the design approach of TEACS grounding system and Launch Complex (LC) for Korea Space Launch Vehicle II (KSLV-II), taking into account interfaces with the adjacent facilities in LC.

한국형발사체 발사대 다중화 발사관제설비의 고가용성

문경록(Kyungrok Moon),안재철(Jaechel An),정일형(Ilhyung Jung),홍일희(IIhee Hong) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

발사대시스템은 발사체의 발사 운용을 위한 대규모 지상 시스템으로 크게 추진제공급설비, 지상기계설비 그리고 발사관제설비 등으로 구성된다. 한국형발사체 발사운용은 발사관제소에서 발사관제설비를 통해 원격으로 운용될 예정이다. 따라서 발사관제설비는 정확한 원격 제어기능을 발휘하기 위한 높은 안정성 및 신뢰성 확보가 필수적이다. 발사체 개발 선진국들은 제어시스템의 운용 신뢰도를 높이는 방법으로 다중화 설계를 사용해왔다. 다중화 개념은 높은 신뢰도가 요구되는 산업 분야 전반에 이미 적용되고 있으나 이중화 설계가 많이 사용되고 있으며, 삼중화 이상의 다중화는 구현의 난이도가 높아 제한적으로 사용되고 있다. 따라서 고차 다중화의 설계 개념을 갖는 시스템 개발을 위해서는 그 구조와 동작 개념의 이해가 필수적이다. 본 논문에서는 시스템 가용성 개념을 설명하고 한국형발사체 발사대 발사관제설비 개발을 위한 가용도를 예측한다. Launch Complex(LC) is a large-scale ground operation system for the launch of Launch Vehicle(LV). LC is mainly composed of the fuel ground support equipment(FGSE), the mechanical ground support equipment(MGSE), and the electrical ground support equipment(EGSE). The launch operation for KSLV-II (Korea Space Launch Vehicle-II) will be conducted remotely at LCC(Launch Control Center) by EGSE of LC. Thus EGSE, which is also called the launch control system(LCS), should have high reliability and stability for its exact operation. The advanced countries of LV have been used the concept of multiple redundancy to get the required availability of the system. Although the concept has been also adopted widely in the industrial field, much of cases are to use the double redundancy. On the other hand, the triple or higher redundancy is limitedly taken due to its complexity or difficulty in implementation. Therefore, it is necessary to understand the structure and operation of higher redundancy to employ. In this paper we explain the concept of availability and estimate it for the development of KSLV-II LCS.

KSLV-1 나로호 발사를 위한 발사대시스템의 추진제공급설비 소개

강선일,남중원 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

KSLV-1 나로호 발사대시스템은 발사대 기계설비, 발사 관제설비 그리고 본 논문에서 소개하는 추진제공급설비로 대 분류된다. 이중 추진제공급설비는 발사체 운용에 필요한 추진제 및 각종 가스류를 보관하고 조건에 맞게 공급하는 시스템들의 집합체로 정의되며, 연료 공급시스템, 산화제공급시스템을 포함하는 총 11개 부속 시스템으로 구성된다. 본 논문에서는 발사대 추진제공급설비의 구성 및 기능과, 발사운용 과정에서의 추진제공급설비 역할에 대해 소개하고자 한다. The Launch Complex of KSLV-1 NARO was composed of three major ground support equipments, Mechanical, Electrical and Fuel ground support equipment which was mainly introduced in this paper. The Fuel ground support equipment could be defined as aggregate of systems for storage and supply the propellants and gases which were supplied to launch vehicle. This equipment was constituted 11 subsystems including fuel(kerosene) filling system and oxidizer(liquid oxygen) filling system. The compositions, functions and capabilities of equipment and each subsystems will be introduced including roles in launch operations in this paper.

발사대 고압가스공급설비 제어시스템 알고리즘 검증

안재철,문경록,오일석 한국추진공학회 2019 한국추진공학회지 Vol.23 No.2

Control systems of compressed gas supply facility are responsible for storing and supplying compressed gases required for launch complex qualification test and launch operation. Most of the facilities that make up the launch complex require compressed gas for their operation. Therefore, such control systems should be developed and verified earlier rather than the other systems that constitute the launch complex. Each verification for hardware and software is performed separately. In particular, software verification of control algorithms loaded on the controller takes a lot of time and man power during the development period of the control system. Thus, specific test procedures and methods should be prepared in advance for efficient development. This paper introduces the configuration of a compressed gas supply facility and its control system with the verification procedure and results of major algorithms. 고압가스공급설비 제어시스템은 발사대 인증시험 및 발사운용에 필요한 고압가스를 저장하고 공급하는 설비를 제어하는 역할을 수행한다. 발사대를 구성하는 대부분의 설비는 운용을 위해 고압가스를 필요로 한다. 그렇기 때문에 고압가스공급설비를 제어하는 제어시스템은 발사대를 구성하는 다른 시스템보다 먼저 개발과 검증이 이루어져야 한다. 하드웨어와 소프트웨어 검증은 구분하여 수행한다. 특히, 제어기에 탑재되는 제어알고리즘 소프트웨어 검증은 제어시스템 개발 기간 중 많은 시간과 인력 비용이 투입된다. 따라서 구체적인 시험절차와 방법이 사전 준비가 되어야 효율적 개발이 가능하다. 본 논문에서는 고압가스공급설비와 제어시스템 구성을 소개하고 주요 알고리즘 검증 절차 및 그 동작 결과를 제시한다.

나로우주센터 발사대 고압가스 공급시스템 소개

정용갑(Yonggahp Chung),남중원(Jungwon Nam),조남경(Namkyung Cho) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

우주발사체의 액체추진기관은 산화제와 연료를 엔진의 연소실로 공급하여 추진력을 얻게 된다. 나로우주센터의 발사대는 산화제(Liquid Oxygen)와 연료(Kerosene), 질소, 공기, 헬륨 등을 저장하는 설비와 발사체와 지상시스템으로 사용 유체를 공급하는 설비로 구성되어 있다. 고압가스 공급시스템에서는 저장된 고압가스를 시스템 요구 규격으로 감압하여 발사체와 지상시스템으로 공급한다. 본 논문에서는 나로호 발사가 수행되었던 나로우주센터 발사대의 고압가스 공급시스템에 대한 소개를 하였다. The liquid rocket engine of space launch vehicle generates thrust by supplying oxidizer and fuel to the combustion chamber of rocket engine. Launch complex at Naro space center is comprised of the storage system and the supply system for oxidizer(liquid oxygen), fuel(kerosene), nitrogen, air, helium and water. The compressed gas supply system reduces the gas pressure as required specification and supplies the regulated gases to launcher and ground support system. The compressed gas supply system of launch complex at Naro space center was introduced in this paper.