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.

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.

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 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.

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.

고압가스감압시스템 최적화 설계기법

정용갑(Yonggahp Chung),조남경(Namkyung Cho) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

로켓을 발사하기 위해서는 발사대에 로켓을 세워놓고 추진제와 고압가스 등을 충전한 다음 원격제어로 로켓을 발사하게 된다. 로켓 발사대로는 지상저장탱크에 고압으로 저장되어 있는 고압가스가 여러 종류의 압력조정기를 통과하여 운용압력으로 감압되어 공급된다. 로켓 발사시에는 발사통제실에서 원격으로 모든 운용이 이루어지기 때문에 압력조정기 전단에는 급격한 가스 공급이나 압력변동 등으로 인하여 운용압력을 벗어나거나 압력조정기가 파손되는 경우가 발생할 수 있다. 본 논문에서는 고압가스가 안정적으로 감압되어 발사대로 공급되기 위한 고압가스감압시스템 최적화 설계기법을 고찰하였다. To launch rocket on launch pad, propellants and gases are charged into the rocket by remote control system. Using pneumatic pressure-reducing regulators, kinds of gases with various pressure levels are supplied into launch pad. As most of operations for launching the vehicle are remotely controled in the launch control room, pressure pulsations due to rapidly gas supply at the upstream of regulators can make the required operating pressure range missed and cause damage to the regulators. In this paper, the optimum design methods of pressure regulators of pressure-reducing system on launch pad using high-pressure gases were investigated to solve the aforementioned problems and for stable gas supply to launch pad.

발사대 온도 제어 시스템 설계 분석

최상호(Sangho Choi),옥호남(Honam OK),김성룡(Seong-Lyong Kim),김영훈(Younghoon Kim),김인선(Insun Kim) 한국항공우주연구원 2012 항공우주기술 Vol.11 No.1

나로호 발사를 위해 사용된 발사대 지상 설비중 하나인 발사대 온도 제어 시스템의 시스템 설계 자료를 분석하였다. 러시아에서 한국항공우주연구원에 제공한 CDP 자료를 참고하여 발사대 온도 제어 시스템의 공기 생산부(UPV), 공기 가열부(UNG) 및 공기 분배부(URG)의 열수력 설계를 분석하였다. 또한 공기 가열부 및 공기 분배부에 대한 수치 해석을 수행하고 측정 결과와 비교하여 두 결과가 일치함을 확인하였다. 마지막으로 발사대 온도 제어 시스템의 단열 설계 기법을 분석하였다. 본 연구를 통해 검증된 기법은 앞으로 한국형 발사체를 위한 시스템 수정 및 설계시 유용하게 사용될 것이다. In this study, design of LCTS(Launch Complex Thermostatting System), which is one of ground support equipments for KSLV-I, is analyzed based on CDP(Critical Design Package) provided by Russia. The thermo-hydraulic design of air preparation compartment and hydraulic design of air heating & distribution compartment performed. Also numerical simulation of air heating & distribution compartment was conducted and compared with actual measurement data. Finally, insulation design of system was analyzed. Designing method of LCTS will be helpful in developing or modifying LCTS for new launch vehicle.

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.

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.