공력가열 시험설비 설계

Space launch vehicles and reentry vehicles are exposed to extreme heating conditions due to high aerodynamic heating while flying at high Mach numbers in the atmosphere. To protect the vehicle itself or the payload from the aerodynamic heating, the thermal load imposed on the surface should be exactly predicted and proper thermal protection should be applied based on the prediction results. But this requires rigorous thermal analysis and testing to prevent loss of payload capacity caused by excessive heat shielding, and the amount of thermal protection material to be applied is determined through aerodynamic heating tests. Various design points to be considered to upgrade the prototype aerodynamic thermal simulation facility(ATSF) used for the KSR-series sounding rocket development to the one suitable for the KSLV(Korean Space Launch Vehicle)-series launch vehicle are considered in this research. The need and limitation for the facility are first considered, and the functions required for KSLV testing are determined. The specifications of the upgraded facility are briefly suggested and these results will be used for the future fabrication and installation of the facility.

발사체나 재돌입 비행체는 대기 중을 높은 Mach 수로 비행함으로써 그 표면이 공력가열 현상에 의한 초고온 환경에 노출되게 된다. 이러한 공력가열로부터 발사체 자체나 탑재체를 보호하기 위해서는 물체 표면에 가해지는 열적 부하(Thermal Load)를 정확히 예측하고 필요한 곳에는 적절한 단열 처리를 해 주어야만 한다. 그러나 탑재체의 중량을 최대한 늘리기 위해서는 지나친 단열재의 추가를 막을 수 있도록 엄밀한 열 해석 및 시험이 수행 되어야 할 것이며, 최종적으로 공력가열 시험에 의해서 필요한 단열재의 양이 결정된다. 본 연구에서는 KSR(Korea Sounding Rocket) 시리즈의 개발을 위해 사용되어 왔던 공력가열 시험설비(ATSF, Aerodynamic Thermal Simulation Facility)를 KSLV 시리즈의 개발에 적합하도록 사양 향상(Upgrade) 시키기 위한 설계를 위해 고려해야할 사항이 무엇인지 살펴보았다. 먼저 설비의 필요성 및 그 한계에 대하여 고찰하였으며, KSLV 개발을 위해서는 어떤 기능을 갖추어야 할지를 고려하였다. 마지막으로 필요한 장비의 사양을 대략적으로 제안하였으며, 이는 앞으로 수행될 상세 설계 및 제작/설치의 밑바탕이 될 것이다.