75톤급 액체로켓엔진의 가상적 고장 상황에서의 칼만 필터 잔차 생성

Kalman Filter Residual Calculation of a 75-ton Liquid Rocket Engine under an Artificial Fault

본 논문은 75톤급 액체로켓엔진의 상태진단을 위해 칼만 필터를 이용한 고장진단 연구를 수행하였다. 칼만 필터 설계를 위해 75톤급 액체로켓엔진 비선형 시뮬레이션 모델을 공칭 작동점에서 선형화하였으며, 정상 모델의 상태량 변수 4가지를 이용하여 측정값과 추정값 비교를 통해 칼만 필터의 성능을 확인하였다. 이를 이용한 고장진단 알고리즘의 성능을 확인하기 위하여 터보펌프 고장을 모사하였으며 정상 모델의 잔차 변화를 비교하여 칼만 필터를 이용한 고장진단이 가능함을 확인하였다.

This paper deals with a fault diagnosis algorithm using the Kalman filter for a 75-ton Liquid Propellant Rocket Engine (LPRE). To design the Kalman filter, we linearized a non-linear simulation model of a 75-ton LPRE at an operating point, and checked the performance of the Kalman filter by comparing the measured values with estimated values of the states. Then, we artificially injected a fault of the turbopump efficiency into the simulation to confirm the performance of the fault diagnosis algorithm with the developed Kalman filter by comparing the variation of the residuals of the normal state with that of the fault cases.