추진시스템 검증을 위한 추진시스템 장비 모델 및 시뮬레이터 개발

손나영,이헌석,오진석 한국마린엔지니어링학회 2019 한국마린엔지니어링학회지 Vol.43 No.1

With the development of the power conversion industry and technology, a hybrid propulsion system using a propulsion motor such as CODLOG (COmbined Diesel-eLectric Or Gas turbine), CODLAD (COmbined Diesel-eLectric And Diesel) has been applied to recently warship. Compared to mechanical propulsion system, these Hybrid propulsion system has advantages such as anti-submarine ability, viability and energy efficiency. However, the hybrid propulsion system is complicated in design and production, and as the number of interlocked devices increases, there are many problems that may occur in the interlocking process, And verification of the propulsion system and countermeasures are necessary. These hybrid propulsion system must be equipped with reliable the ECS (Engineering Control System) for stable battleship operation. An ECS is a very important equipment for battleship operation, and it controls and monitors the propulsion system. Therefore, reliability is the most important thing for the ECS. For this reason, the ECS of a warship equipped with a hybrid propulsion system depends on foreign professional companies such as L3, SEASTEMA. In this research, we intend to develop herein a RT-HIL (Real-Time Hardware In the Loop) simulator that validates the ECS using NI’s cRIO and LabVIEW. Theses model was developed based of system identification technique for four types of equipment: gas turbine, propulsion motor, reduction gear and Controllable. The developed simulator was designed based on the CODLOG propulsion system and compared and analyzed the actual equipment data with the developed simulator data As a result of the simulation, the error between the actual data of the gas turbine and the electric propulsion motor and the model has an error within 5%. This simulation can be used for validation and performance verification before the construction phase of the combined – type propulsion system in the future. 전력변환기술의 발달로 추진모터를 사용하는 하이브리드 추진시스템이 최근 군함에 적용되어지고 있다. 이러한하이브리드 추진시스템은 기계식 추진체계에 비해 대잠능력, 생존능력 및 에너지 효율과 같은 장점을 지닌다. 그러나하이브리드 추진시스템은 설계 및 생산이 복잡하고 연동장비의 수가 증가함에 따라 연동과정에서 발생할 수 있는 많은문제점으로 인하여 추진시스템의 검증은 필수적이다. 즉, 안정적인 함정 운용을 위해 추진시스템 제어감시 장비인ECS(Engineering Control System)의 신뢰성은 매우 중요하다. 이러한 이유로 군함에 적용되어지고 있는 ECS는 L3, SEASTEMA와 같은 해외 전문회사에 의존하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 RT-HILS(Real-Time Hardware In the loop System)기반의 ECS를 검증하기 위한 시뮬레이터를 구성한다. 시뮬레이터는 가스터빈, 추진모터, 감속기어, 가변피치 프로펠러에 대한 모델을 개발하여 적용하였으며, 개발된 시뮬레이터와 실제 장비의 데이터 값을 비교분석하였다. 시뮬레이션 결과, 가스터빈 및 추진전동기 개발 모델과 실제 데이터 간의 오차는 5% 이내로 확인되었다. 개발 시뮬레이션 모델은 미래 통합형 추진시스템 구축단계 이전에 성능 및 신뢰성 검증에 활용될 수 있다.

한국형 발사체 추진기관 개요

정영석,임석희,조규식,오승협 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

한국형 발사체는 2.6 톤급 국내 위성을 700㎞ 의 태양 동기 궤도에 올리기 위해 개발 중인 순수 국산발사체이다. 한국형 발사체에서 추진기관은 추력을 내고 유지하는 시스템이다. 한국형 발사체는 3 단으로 구성되어 있고 각 단의 추진기관은 터보펌프 방식의 시스템이다. 본 논문에서는 시스템 설계 단계에서 수행한 추진기관 설계 및 운용안 선정 결과를 위주로 기술하였다. 특히, 추진기관의 주요 기능과 구성, 추진제 탑재량 선정, 추진제 탱크 규격 결정, 탱크 압력 변화 예측 등 추진기관 설계의 전반에 대해 언급하였고 지상 충전부터 비행까지 추진기관을 운용하기 위한 운용시스템에 대해 주요사항을 설명하였다. KSLV-Ⅱ is the launch system for launching 2.6tonf Korea Satellite on 700㎞ SSO(Sun-Synchronous Orbit). Propulsion system is the thrust generation and sustaining system. KSLV-Ⅱ is composed with 3 stages and the all propulsion systems are the turbo-pump type. In this paper, the design results performed and operation procedure decided in system design stage are provided. Specially, the main functions and configuration of propulsion system, onboard propellant mass budget, volume and MEOP of the propellant tank and propellant tank pressure profile predicted by computer simulation are mentioned. Additionally, the control and measurement system for operating the propulsion system from ground filling and draining to flight stage is explained.

한국형발사체 추진기관시스템 시험설비(PSTC) 개발 현황

김동기(Dongki Kim),이정호(Jungho Lee),김상헌(Sangheon Kim),김용욱(Yongwook Kim),조기주(Kiejoo Cho),오승협(Seunghyub Oh) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

본 논문은 한국형발사체 각 단 추진기관시스템의 성능검증을 위해 현재 나로우주센터에 구축중인 추진기관시스템 시험설비의 개발현황에 관한 것이다. PSTC 제1스탠드에서는 1단 추진기관시스템의 수류시험 및 연소시험을, 제2스탠드에서는 2단/3단 추진기관시스템의 수류시험 및 연소시험을 수행할 수 있게 설계하였다. PSTC는 크게 유공압시스템, 제어계측시스템, 테스트스탠드시스템, 후류안전시스템으로 구분되며 각 시스템은 시험 요구조건을 바탕으로 설계 및 개발이 이루어지고 있다. This paper describes the construction and development status of Propulsion System Test Complex (PSTC) for the verification test of each stage’s propulsion system of KSLV-Ⅱ. Separated two test stands are designed for integrated hydraulic tests and combustion tests, one is for the 1st stage propulsion system and the other is for the 2nd/3rd stage propulsion systems. Four systems such as phuemo-hydraulic system, control/measurement system, test stand system, and flame deflector and safety system are being constructed for the PSTC on the basis of the design requirements.

한국형발사체 추진기관시스템 시험설비(PSTC) 유공압시스템

이장환(Janghwan Lee),김상헌(Sangheon Kim),김용욱(Yongwook Kim),조기주(Kiejoo Cho) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

우주발사체는 각 단별 추진기관 시스템에 대한 검증이 필요하다. 현재 한국형발사체 추진기관 개발을 위한 추진기관시스템 시험설비(PSTC)가 나로우주센터에 구축되고 있다. 발사체의 각 단별 추진기관에 대한 종합수류시험 및 종합연소시험을 PSTC에서 수행하여 추진기관의 성능 검증 및 평가를 수행할 예정이다. PSTC 유공압시스템은 시험대상체의 요구조건에 맞게 추진제 및 각종 가스를 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 구축되고 있는 액체산소 공급시스템, 케로신 공급시스템, 질소 공급시스템을 포함하는 유공압시스템에 대해 간략히 소개하였다. The space launch vehicle needs the verification of each stage’s propulsion system. The construction of Propulsion System Test Complex (PSTC) is currently underway for developing KSLV-Ⅱ in the Naro space center. Cold flow tests and hot fire tests are scheduled for the qualification and evaluation of each stage’s propulsion system in the PSTC. Hydraulic and pneumatic system should supply propellants and various gases to propulsion system module according to required condition. This paper introduces hydraulic and pneumatic system including liquid oxygen/kerosene filling system, nitrogen supply system briefly.

한국형발사체 축소형 추진기관 시험 설비(R-PSTC) 현황

백승환(Seungwhan Baek),유이상(Isang Yu),박광근(Kwangun Park),정영석(Yungsuk Jung),조기주(Kiejoo Cho),오승협(Seunghyub Oh) 한국추진공학회 2021 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5

한국형발사체 누리호(KSLV-II)는 액체산소와 케로신을 이용한 우주운송수단이다. 발사체의 추진기관 검증 모델 개발을 위하여 축소형 추진기관 시험 설비가 개발되었다. 축소형 추진기관 시험설비는 액체 추진제의 배출 과정을 관찰하는 시험 설비로 액체 추진제 저장탱크와 부수 설비로 이루어져 있다. 추진기관 운용을 위한 추진제 수위 계측 장치, 추진제 소진 감지 장치 또한 검증할 수 있도록 시험 장치를 개발하였다. 고온 헬륨 열교환기가 구비되어 있어 액체 추진기관의 가압 과정을 최대한 유사하게 모사할 수 있다. 본 논문에서는 추진기관 축소형 시험설비의 현황과 운용 결과에 대하여 요약한다. The Korean launch vehicle Nuri is a space transportation vehicle that uses liquid oxygen and kerosene. In order to develop a propulsion engine verification model for a launch vehicle, a reduced propulsion system test complex was developed. The reduced propulsion system test complex is a facility that observes the charge/discharge process of the liquid propellant, and consists of a cryogenic liquid propellant tank and ancillary facilities. Moreover, it can verify the propellant level measurement device and liquid depletion detect device for the operation of the propulsion system. The high-temperature helium heat exchanger allows the simulate the pressurization process of propulsion system as closely as possible. This paper summarizes the current status and operation results of the propulsion engine scale-down test facility.

대형 액체로켓 추진기관 시스템 시험설비 개념설계

김지훈(Jihoon Kim),유병일(Byungil Yoo),조남경(Namkyung Cho),김승한(Seunghan Kim),한영민(Yeoungmin Han) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

발사체의 비행시험을 하기 전 액체로켓 추진기관에 대한 지상시험 수행을 통해 효율적인 추진기관 개발을 도모할 수 있고 비행시험 전 검증을 통해 신뢰도를 높이고 개발비용도 절감할 수가 있다. 따라서 국내에서도 대형급 추진기관 시스템 시험설비를 구축함으로써 앞으로 개발되는 액체추진기관의 완성도와 신뢰도를 향상시켜 국제시장에서 경쟁력 있는 상용 발사체 개발의 첫걸음을 내딛을 수 있기를 기대한다. Before doing the flight test, the ground test for liquid rocket propulsion system is helpful for improving its reliability and reducing the development money. Therefore, by constructing the Propulsion System Test Complex for heavy liquid rocket propulsion system development, we expect that it will be the first step for making the commercial launcher which will be competitive in the international launch service market.

추진기관 시스템 시험설비 개발을 위한 해외사례 분석 및 적용방안

박주현(Juhyun Park),박순상(Soonsang Park),한영민(Yeoungmin Han),김지훈(Jihoon Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

로켓 추진기관 시스템의 성능을 입증하기 위한 시험설비는 로켓시스템의 개발을 위한 필수 인프라이다. PSTC는 발사체의 각 단별 추진기관 시스템의 수류시험 및 연소시험을 수행하고, 발사 프로세스에 대한 지상검증을 수행한다. PSTC 개발을 위해 국내외 기술을 조사하여, 관련분야의 사례를 적극 활용한다. 추진기관 시험설비는 유공압 시설 및 제어계측, Test Stand, 화염유도로 등을 구성한다. The test facility for confirming performance of a propulsion system is essential infra-structure to develop launch vehicle system. Using the PSTC, cold flow and combustion tests are performed to the propulsion system of individual stage in launcher. Moreover the ground test for the total launching process is conducted. In order to construct the PSTC, we not only have surveyed technology of internal and external countries, but also actively use the case in terms of the system. The test facility consists of feeding system, test stand, control and measurement, and flame deflector.

소형 추진기관을 이용한 고체 추진제의 연소속도 측정

정철영(Chulyoung Jeong),김한준(Hanjoon Kim) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.5

추진제의 연소속도는 추진기관을 설계할 때 반드시 필요한 요소이다. 추진제의 연소속도는 중립적 압력선도를 얻을 수 있는 추진제 그레인을 설계/제작하여 지상연소시험을 통해 압력을 확인하고 연소속도 계산식의 계산을 통해 얻는다. 이렇게 얻어진 계산된 연소속도 값은 표준화된 추진제의 시편을 제작하여 스트렌드 버너에서 연소시켜 얻어진 추진제의 연소속도 값과 비교하여 정확한 연소속도 값을 확인하게 된다. 본 연구는 추진기관 설계에 필수요소인 추진제 조성에 따른 연소속도를 효율적으로 얻고자 소형 추진기관을 설계/제작/시험/분석 하였다. Burning rate of a propellent is an essential factor when designing a propulsion system. In order to come up with burning rate, first we need to design and build propellent grain to get neutral pressure curve. Then check the pressure with ground test and calculate the burning rate using burning rate equation. This burning rate is then compared to the burning rate of a propellent which was resulted from making a standardized specimen and combusting it using a strand burner. An accurate burning rate is calculated after comparing those two burning rates. For this study, compact propulsion system was designed, produced, tested and analyzed in order to get burning rates, an essential factor in propulsion system design, in an effective way.

한국형발사체 추진기관 시험설비 구축에 대한 소개

한영민(Yeoung-Min Han),조남경(Nam-Kyung Cho),정용갑(Young-Gahp Chung),김승한(Seung-Han Kim),유병일(Byung-il Yu),이광진(Kwang-Jin Lee),김진선(Jin-Sun Kim),김지훈(Jihoon Kim),김영목(Young-Mog Kim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

한국형발사체 추진기관 개발을 위한 연소기 연소시험설비, 터보펌프 실매질 시험설비, 엔진 지상 및 고공모사 연소시험설비, 추진기관시스템 시험설비 구축 계획에 대해 간략히 기술하였다. 연소기, 터보펌프, 엔진 시험설비에서는 75톤급 액체로켓엔진의 부품 및 엔진시스템의 개발 및 인증시험을 수행할 예정이고, 추진기관시스템시험설비에서는 한국형발사체 1/2/3단용 추진기관시스템의 개발 시험을 수행할 예정이다. 추진기관 시험설비는 나로우주센터에 건설될 예정이며 구축 일정, 예산, 안전거리, 효율성 등을 고려하여 구축하고자 한다. The construction plan of a combustion chamber test facility(CTF), a turbopump real propellant test facility(TPTF), a rocket engine ground/high altitude test facility(ReTF, HAReTF) and a propulsion system test complex(PSTC) for KSLV-II is briefly described. The development/qualification tests of 75ton-class liquid rocket engine system and engine component will be performed in CTF, TPTF, ReTF and HAReTF and the development test of 1<SUP>st</SUP>/2<SUP>nd</SUP>/3<SUP>rd</SUP> propulsion systems for KSLV-II will be performed in PSTC. These propulsion test facilities will be built in NARO space center considering construction schedule, cost, safety distance and utility factor of propulsion test facilities.

한국형발사체 추진기관 시험설비 배치 및 구축현황

한영민(Yeoung-Min Han),조남경(Nam-Kyung Cho),정용갑(Young-Gahp Chung),김승한(Seung-Han Kim),유병일(Byung-il Yu),이광진(Kwang-Jin Lee),김진선(Jin-Sun Kim),김지훈(Jihoon Kim) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

한국형발사체 추진기관 개발을 위한 연소기 연소시험설비, 터보펌프 실매질 시험설비, 3단 엔진 연소시험설비, 엔진 지상 및 고공모사 연소시험설비, 추진기관 시스템 시험설비의 배치 및 구축 현황에 대해 간략히 기술하였다. 연소기, 터보펌프, 엔진 시험설비에서는 3단 엔진 및 75톤급 액체로켓엔진의 부품 및 엔진시스템의 개발 및 인증시험을 수행할 예정이고, 추진기관 시스템 시험설비에서는 한국형발사체 1/2/3단용 추진기관 시스템의 개발 시험을 수행할 예정이다. 현재 연소기 및 터보펌프 시험설비의 경우 장기 납품 품목의 발주 완료 등 구축 중에 있으며, 엔진 및 추진기관 시스템 시험설비의 경우 상세설계를 준비 중에 있다. The deign and development status of a combustion chamber test facility(CTF), a turbopump real propellant test facility(TPTF), a rocket engine test facility for 3rd stage engine(SReTF), a rocket engine ground/high altitude test facility(ReTF, HAReTF) and a propulsion system test complex(PSTC) for KSLV-Ⅱ is briefly described. The development/qualification tests of engine component, 3rd stage engine system and 75ton-class liquid rocket engine system will be performed in CTF, TPTF, SReTF, ReTF and HAReTF and the development test of 1<SUP>st</SUP>/2<SUP>nd</SUP>/3<SUP>rd</SUP> propulsion systems for KSLV-Ⅱ will be performed in PSTC. The CTF/TPTF are under construction such as ordering the long delivery items and the detailed design of ReTF/PSTC is being prepared.