Analysis on Thermal Structural Characteristics of Thermal Protection System Panel for a High-speed Vehicle

초고속 비행체 열방어 시스템 패널의 열구조 특성 분석

High-speed vehicles are subjected to complex loads, such as acoustic pressure from the engine at launch and aerodynamic heating and aerodynamic pressure during flight. A thermal protection system panel is required to protect internal systems such as the fuel tank of the vehicle from the external environment. This study defines analytical models for heat transfer and thermal structure characteristics of the thermal protection system panel. Furthermore, the study performed parameters analysis to achieve the thermal structural integrity and to make it lighter.

초고속 비행체는 발사 시 엔진에 의한 음향 압력과 비행 중 공력 가열 및 공기역학적 압력 등 복합적인 하중을 받는다. 이러한 외부환경으로부터 비행체의 연료 탱크 등 내부 시스템을 보호하기 위해 열방어 시스템 패널(Thermal Protection System Panel)이 필요하다. 본 논문에서는 온도 조건에 대해 유한차분법을 이용하여 열방어 시스템 패널의 열전달 모델을 정의하고, 구한 절점별 온도 데이터를 회귀분석을 통해 두께방향 온도 구배의 함수로 정리하였다. 도출한 온도 이력과 극한 압력 하에서 열방어 시스템 패널의 열구조 특성에 대한 해석적 모델을 정의하였다. 해석적 모델을 이용하여 열방어 시스템 패널의 열구조 특성에 대해 매개변수 분석을 수행하였다. 이를 통해 열방어 시스템 패널의 경량화 및 열구조적 설계 요구조건을 충족하는 설계변수를 도출하였다.