• Title/Summary/Keyword: 역학적 모델링

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Numerical Modeling for Turbulent Combustion Processes of Vortex Hybrid Rocket (Vortex Hybrid 로켓 난류연소과정의 모델링 해석)

  • 조웅호;김후중;김용모;윤명원
    • Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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    • 2003.05a
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    • pp.244-245
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    • 2003
  • 고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

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Modeling and Verification of Multibody Dynamics Model of Military Vehicle Using Measured Data (실차 측정 정보를 이용한 군용 차량의 다물체 동역학 모델링 및 검증)

  • Ryu, Chi Young;Jang, Jin Seok;Yoo, Wan Suk;Cho, Jin Woo;Kang, E-Sok
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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    • v.38 no.11
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    • pp.1231-1237
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    • 2014
  • It is essential to perform driving performance tests of military vehicles on rough terrain. A full car test is limited by cost and time constraints, because of which a dynamic analysis via computer simulation is preferred. In this study, a vehicle model is developed using MSC.ADAMS, a commercial multibody analysis program, and compared via experiments. FTire is modeled using the results of a tire performance test to obtain the vertical stiffness. A nonlinear damper is modeled by a characteristic experiment. Leaf springs are modeled with beam force elements and consisted to a vehicle model. The vertical force and acceleration response of the wheel are identified when vehicle is passing over a simple bump as well as a sinusoidal road. The developed vehicle model is verified with the results of a full car test.

Numerical modeling of Si/$SiO_2$ etching with inductively coupled CF4 plasma

  • Yang, Won-Gyun;Ju, Jeong-Hun
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2010.08a
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    • pp.97-97
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    • 2010
  • 많은 플라즈마 공정 중에 건식 식각은 복잡하고 표면반응이 잘 알려지지 않은 등의 이유로 가장 어려운 분야 중의 하나이다. 이러한 이유로 식각 장치 디자인뿐만 아니라 플라즈마를 이용한 건식 식각의 공정 조건은 수많은 시행착오를 통해 시도되어 왔다. 이런 문제들을 극복하기 위해 많은 연구자들에 의해서 다양한 방법과 tool을 이용해 모델링이 시도되고 있다. 본 연구에서는 $CF_4$ 가스를 이용한 유도결합 플라즈마에 의해 Si와 $SiO_2$를 식각하는 것을 상용 프로그램인 전산모사 유체역학 시뮬레이터인 CFD-ACE+를 이용하여 모델링했다. 150 mm 직경의 웨이퍼에 대한 모델은 식각 속도 실험결과와 비교 하였다. Ar의 경우 20 mTorr에서 13.56 MHz, 500 W인가 시 2.0 eV의 전자온도와 $7.3{\times}10^{11}\;cm^{-3}$의 전자밀도가 계산결과와 상당히 일치하게 측정되었고, $CF_4$를 이용한 $SiO_2$ 식각에서도 식각 속도가 평균 190 nm/min로 일치했고 식각 균일도는 3% 였다. 450 mm 웨이퍼 공정용 장치의 모델 계산 결과에서는 안테나와 기판의 거리, 챔버의 단면적, 기판 지지대와 배기구와의 높이 등 기하학적인 구조와 각 안테나 턴의 위치 및 전류비가 플라즈마 균일도에 많은 영향을 주었으며, 안쪽부터 4 turn이 있는 경우 2번째, 4번째 turn에만 1:4의 전류비를 인가했을 때, 수십%의 전자밀도의 불균일도를 4.7%까지 낮출 수 있었다. 또한, Si 식각에서는 식각 속도의 분포가 F radical의 분포와 같은 경향을 보임을 확인했고, $SiO_2$ 식각에서는 전자 밀도의 분포와 일치함을 확인함으로써 균일한 식각을 위해서 두 물질의 식각 공정에서는 다른 접근의 시도가 필요함을 확인했다. 플라즈마의 준중성 조건을 이용해서 Poisson 방정식을 풀지 않고 sheath를 해석적 모델로 처리하는 방법과, Poisson 식으로 정전기장을 푸는 방법을 통해서 입사 이온의 에너지 분포를 비교하였다. 에너지 범위는 80~120 eV로 같지만, 실험에서는 IED가 낮은 에너지 쪽이 더 높게 측정됐고, 계산 결과에서는 높은 에너지 쪽이 높았다.

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Internet of Things (IoT) Based Modeling for Dynamic Security in Nuclear Systems with Data Mining Strategy (데이터 마이닝 전략을 사용하여 원자력 시스템의 동적 보안을 위한 사물 인터넷 (IoT) 기반 모델링)

  • Jang, Kyung Bae;Baek, Chang Hyun;Kim, Jong Min;Baek, Hyung Ho;Woo, Tae Ho
    • Journal of Internet of Things and Convergence
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    • v.7 no.1
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    • pp.9-19
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    • 2021
  • The data mining design incorporated with big data based cloud computing system is investigated for the nuclear terrorism prevention where the conventional physical protection system (PPS) is modified. The networking of terror related bodies is modeled by simulation study for nuclear forensic incidents. It is needed for the government to detect the terrorism and any attempts to attack to innocent people without illegal tapping. Although the mathematical algorithm of the study can't give the exact result of the terror incident, the potential possibility could be obtained by the simulations. The result shows the shape oscillation by time. In addition, the integration of the frequency of each value can show the degree of the transitions of the results. The value increases to -2.61741 in 63.125th hour. So, the terror possibility is highest in later time.

Target Tracking Using Image Features in a Cluttered Environment (클러터환경에서 영상특징을 이용한 표적 추적)

  • Jung, Young-Hun;Kwak, Dong-Min;Kim, Do-Jong;Ko, Jung-Ho
    • Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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    • v.49 no.10
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    • pp.209-216
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    • 2012
  • In this paper, we propose a novel tracking method which uses image features consisted of the area, average intensity, aspect ratio of a target image for the real-time IR surveillance system. The image features of the ground target can be modeled as a random process with exponential autocorrelation function mathematically. Finally, we derived a discrete target dynamic equation including kinematic states and geometric states of the target. Simulation results shows that the performance of the proposed method is better than that of the previous tracking method.

2-D Dynamic analysis method of base-isolated pool structure (면진수조의 2차원 동적 해석기법 개발)

  • 전영선;최인걸;김진웅
    • Computational Structural Engineering
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    • v.8 no.3
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    • pp.67-74
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    • 1995
  • This study develops 2-D analysis method of a base-isolated pool structure, and verifies the method through shaking table test using a scaled model. A wall of the pool structure is modeled as lumped mass, and added mass of the fluid is imposed on the nodes of the structure to consider the hydrodynamic effect of contained fluid. The equation of motion of base-isolated pool structure is obtained by coupling of two equations for superstructure composed of wall and fluid, and for bottom slab and isolator. The scaled model for shaking table test is made with transparent acryle, and 4-high damping laminated rubber bearings are used. The responses of the scaled model by the test are generally good agreement with those by the analysis. It is shown that 2-D analysis method gives somewhat conservative results.

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Efficient Post-Processing for Quantum Communication Systems (양자 통신 시스템의 효율적 후처리 방식)

  • Lee, Sun Yui;Jung, Kuk Hyun;Kim, Jin Young
    • Journal of Satellite, Information and Communications
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    • v.9 no.4
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    • pp.7-12
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    • 2014
  • Quantum cryptography is one of the most feasible fields using quantum mechanics. Therefore, quantum cryptography has consistently been researched, and a variety of cryptographic exchange method has been developed, such as BB84, etc. This paper explains a basic concept of quantum communications and quantum key distribution systems using quantum mechanics. Also, it introduces a reason of the development of quantum cryptography and attack scenarios which threaten the security of QKD. Finally, the experiment of this paper simulates quantum key attack by estimating qubit phases through a modeled quantum channel, and discusses needs of post-processing methods for overcoming eavesdropping.

Simulation of Long-term River Bed Variation on the Medium and Small Scale Reservoir (중.소규모 저류시설의 장기간 하상변동 모의)

  • Park, Young-Jin;Park, Yong-Soo;Lee, Jin-Eun;Kim, Sang-Ug
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2012.05a
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    • pp.588-592
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    • 2012
  • 저수지에서 퇴사가 저수지에 미치는 영향으로는 저수용량의 감소로 인한 용수공급량 저하, 상류하천 수위 상승에 따른 홍수소통능력 감소로 인한 배수위 상승, 퇴적토의 용출에 의한 부영양화 촉진 및 중금속 퇴적 등의 수질변화, 퇴사로 인한 어류서식처 환경의 변화 등이 있다. 또한, 저수지로 유입되는 유사에 대한 정확한 예측은 댐의 계획 및 운영과 관련된 저수지 퇴사관계를 이해하는데 필수 요소이다. 즉, 저수지 퇴사에 관한 예측 자료는 댐 설계시에 장래 50년 및 100년 후의 저수위-저수용량 관계곡선을 결정하고, 댐의 사수위를 결정하는데 중요한 기본자료이며, 또한 댐 건설후의 저수지내로 유입되는 유사의 공간적 퇴적분포를 예측하고, 기능별 저수지 용량배분, 본체 및 취수구 등 각종 수리구조물의 안정, 저수지 상류 퇴사로 인한 홍수위의 상승 등 저수지 제 기능의 적정 관리를 계획하는데 필요한 기본자료이기 때문이다. 본 연구에서는 저수지 내에서의 2차원적 하상변동을 해석하기 위한 퇴사 모델링 방법으로 2차원 정상 및 동수역학적인 유사이송과 하상변동을 모의할 수 있으며, 침식과 포착 및 이송 그리고 퇴적의 각 단계에 따라 세부모의가 가능할 뿐만 아니라 RMA2와 SMS 프로그램과 상호 연계가 자유로운 SED-2D 모형을 이용하여 댐 축조로 인한 저수지내의 퇴사거동을 모의한 후 하상변동을 분석하였다.

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Airloads and Structural Loads Analysis of LCH Rotor Using a Loose CFD/CSD Coupling (유체-구조 연계해석을 통한 소형민수헬기(LCH) 공력 및 구조하중 해석)

  • Lee, Da-Woon;Kim, Kiro;Yee, Kwan-Jung;Jung, Sung-Nam
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.47 no.7
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    • pp.489-498
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    • 2019
  • The airloads and structural loads of Light Civil Helicopter (LCH) rotor are investigated using a loose CFD/CSD coupling. The structural dynamics model for LCH 5-bladed rotor cwith elastomeric bearing and inter-bladed damper is constructed using CAMRAD-II. Either isolated rotor or rotor-fuselage model is used to identify the effect of the fuselage on the aeromechanics behavior at a cruise speed of 0.28. The fuselage effect is shown to be marginal on the aeromechanics predictions of LCH rotor, though the effect can be non-negligible for the tail structure due to the prevailing root vortices strengthened by the fuselage upwash. A lifting-line based comprehensive analysis is also conducted to verify the CFD/CSD coupled analysis. The comparison study shows that the comprehensive analysis predictions are generally in good agreements with CFD/CSD coupled results. However, the predicted comprehensive analysis results underestimate peak-to-peak values of blade section airloads and elastic motions due to the limitation of unsteady aerodynamic predictions. Particularly, significant discrepancies appear in the structural loads with apparent phase differences.

Biomechanical Alterations in Gait of Stair Decent with Different Treads during Pregnancy (임신기간 중 계단의 단너비에 따른 임산부 양발 보행의 생체역학적 변화)

  • Hah, Chong-Ku
    • Korean Journal of Applied Biomechanics
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    • v.19 no.2
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    • pp.205-215
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    • 2009
  • The purpose of this study is to investigate alterations of pregnant gait by means of 3 different treads of stairs. 9 subjects(body masses; $59.41{\pm}7.49$, $64.03{\pm}6.65$, $67.26{\pm}7.58$, heights; $160.50{\pm}6.35$ ages; $31.22{\pm}2.99$; parity; $1.67{\pm}0.71$) participated in three experiments that were divided by physiological symptoms(the early(0-15 weeks), middle(16-27 weeks) and last(18-39 weeks), and walked at self-selected pace on 4 staircases 3 trials. As extending the pregnancy period, cadence was shorter but cycle time was longer more and more and the difference of maximum and minmum moments between right and left knee joint moment was smaller. With the treads of stair decent lengthening, speed and stride lengths were increased. As extending the treads of stair decent, joint moments of both feet were particular traits, hip joint was asymmetric but joint moments of knee and ankle were symmetric. These findings may account for relation between the treads of stair and moments and suggest that women may adapt their gait to maximize stability and to control gait motion for themselves in pregnant women.