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발사체 이륙시 엔진최대추력에서 발사체 고정을 해제하는 지상고정장치의 유압시스템 작동 시험 및 특성 분석
김대래(Dae Rae Kim),양성필(Seong Pil Yang),이재준(Jae Jun Lee),김범석(Bum Suk Kim),송오섭(Oh-Seob Song),이영신(Young-Shin Lee) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12
한국형 발사체 지상고정 장치 (Vehicle Holding Device)는 발사체 하부에서 발사체를 고정하는 장치로서 발사체 이륙시 엔진 최대 추력에서 고정을 해제하고 발사체는 이륙한다. 이 과정에서 모든 고정 장치는 동시에 작동하여야 한다. 또한 고정해제시 장치의 고정력을 일시에 제거하는 경우 발사체 추진체가 탱크 내부에서 상하로 진동하는 “카동아동아동 (ka doing a doing a doing mode)” 현상을 유발할 수 있으므로, 점진적으로 고정력을 제거할 수 있는 기능을 필요로 한다. 본 연구에서는 “동시 작동 요구 조건” 및 “점진적 고정해제 요구조건”을 만족하기 위해 설계된, 복잡한 유압기기 없이 추압기 및 파이로 밸브로 유압실린더의 속도를 발생시키고 오리피스에 의해 유압구동기의 속도를 제어하는, 발사체 지상고정장치 유압시스템의 작동 시험을 통하여 운동특성을 분석하고 요구조건을 만족시킬 수 있음을 확인함으로서 최대추력에서 동작할 수 있는 발사체 지상고정 장치의 개발을 위한 공학적 기반을 마련하였다. The responsibility of the vehicle holding device (VHD) for KSLV-II launch vehicle is to hold the launch vehicle securely while it is stayed on launch pad vertically and release launch vehicle safely at maximum thrust after engine ignition to allow a lift-off of launch vehicle. During a release of the holding mechanism of VHD, to prevent the Ka doing a doing a doing mode which is vertical oscillation of entire liquid propellant, gradual release of launch vehicle is required. Also, a release of all VHD should be synchronized very precisely. In this study, to comply the “gradual release and synchronized operation requirement”, a simple and reliable hydraulic system using orifice and pyro valve to control speed of hydraulic cylinder is tested instead of using complicated hydraulic components. As a result, it is verified that hydraulic system meets the requirement. Through this study, engineering basis to develop VHD releaseing launch vehicle at maximum thrust during lift-off is provided.
김대래(Dae Rae Kim),양성필(Seong Pil Yang),이재준(Jaejun Lee),김범석(Bum Suk Kim),이영신(Young-Shin Lee) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.12
발사체 지상고정장치는 지상운용시 발사패드에 기립된 발사체를 견고하게 지지하다가 발사시점에서 고정장치를 해제하여 발사체를 이륙하도록 하는 장치이다. 엔진점화이후 발사체 최대추력에서 발사체 고정의 급격한 해제는 Ka Doing a Doing a Doing 현상을 발생시켜 발사체 구조에 심각한 손상을 초래한다. 따라서, 발사체 지상고정장치는 고정력을 점진적으로 해제하기위한 기능이 요구된다. 또한 총 4개 고정장치의 해제 동작은 대단히 정밀하게 동시에 작동 하여야 한다. 본 연구에서는 복잡한 유압기기 없이 축압기 및 파이로 밸브에 의해 유압구동기의 속도를 발생시키고 오리피스로 속도를 제어함으로써 요구조건들을 충족하는 유압시스템을 제안하였다. 다물체 동역학 해석 및 Amesim을 이용한 유압시스템 해석을 통하여 유압구동기 목표속도를 도출하고 목표 속도를 만족하기 위한 오리피스의 단면적을 산출하였다. 이와 같은 연구를 통하여 복잡한 유압기기 없이 동작하는신뢰도 높은 유압시스템을 설계하였다. The responsibility of the vehicle holding device (VHD) is to hold the launch vehicle while it is stayed on launch pad and release the holding mechanism to allow a lift-off of launch vehicle at a moment of lift-off. During a release of the holding mechanism, in order to prevent the Ka doing a doing a doing mode which is vertical oscillation of entire liquid propellant and very severe for vehicle structure, gradual release of holding force is required. Also, a release operation of all 4 VHD should be synchronized very precisely. In this study, to comply the “gradual release and synchronized operation requirement”, concept of VHD hydraulic system using an accumulator, pyro valve and orifice to control speed of hydraulic cylinder is proposed instead of using complicated hydraulic components. Then through multi-body dynamic analysis and computational hydraulic analysis, a size of orifice to meet a target speed of hydraulic cylinder is calculated. Through this study, simple and reliable VHD hydraulic system complying requirements is designed.
발사체 지상고정장치 유압시스템 작동 시험 및 결과 분석
김대래(Dae Rae Kim),양성필(Seong Pil Yang),이재준(Jae Jun Lee),송오섭(Oh-Seob Song),이영신(Young-Shin Lee) 한국추진공학회 2018 한국추진공학회지 Vol.22 No.1
The function of a vehicle holding device (VHD) is to securely hold a launch vehicle on the launch pad and release the launch vehicle at maximum thrust after engine ignition to allow lift-off of the launch vehicle. During the release of the launch vehicle, to prevent the Ka doing a doing a doing mode, which is the vertical oscillation of the entire liquid propellant, the release of the launch vehicle should be gradual. In this study, for the gradual release of a launch vehicle, a hydraulic system comprising an accumulator and pyro valve to operate a hydraulic cylinder and control the speed of the cylinder with an orifice is introduced. Through a test, the influence of design variables on the cylinder speed is analyzed. Based on this, the design values of the hydraulic cylinder are determined. Through this study, the engineering basis for developing a VHD releasing a launch vehicle at maximum thrust is provided.