Acoustic and vibration research activities for the structural development of Korean space launch vehicles are introduced in this paper. Various dynamic loads exerted on a launch vehicle during its operation are summarized. The acoustical design method of payload fairings which protect satellites from harsh launch environment was reviewed. Several acoustic research activities were performed to enhance the analytical prediction ability during the development period of the Naro and the Nuri launcher. Specifically, the following research activities are reviewed: a test and vibro-acoustic analysis of composite cylinders whose layup properties are varied, a research on low-frequency acoustic load reduction by an acoustic resonator array and an acoustic test on the cylinder part of the Naro payload fairing. A vibro-acoustic analysis result for the Nuri launcher was introduced and predicted acoustic and vibration levels and measured ones are shown to be in a good agreement.
The nose fairings of KSR-III are designed to be separated from the rocket by explosive force at the mission altitude to expose the payload. Adequate amount of separation force should be imposed to allow safe separation without collision between the fairings and the rocket, and the separation device was designed for the separation at very high altitude where almost no air load was expected. As the development of KSR-III goes on, several design changes have made and lower separation altitude of 45km is expected as a result. Under these circumstances, it is required to determine if the nose fairings can be separated without collision with much severer air load than for the design condition. In this study, the 6-DOF motion analysis program, PASEM, which was developed to predict the strap-on booster separation, is modified to simulate the pivotal motion of the fairings at early stages of separation. The accuracy of pivot motion simulation is validated by comparison with the results of ground test and the accurate separation conditions are deduced from it. Trajectory simulations are performed to see if separation without collision is possible with varying angle of attack, direction of gravity, and the effect of gust. It is also found that reducing the separation angle of the clamshell hinge from 60 degrees to 40 degrees can enhance separation safety and separation at lower altitude of 40km can be done without collision.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.4
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pp.331-337
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2009
Space launch vehicles require highly reliable, lightweight structures. It is thus important to monitor the structural health of these components with nondestructive inspections. In this paper, we studied an example of a nondestructive inspection that was partially applied to the manufacture and inspection of a launch vehicle. Ultrasonic tests, X-rays, tapping, and acoustic emissions comprised the inspection method. A payload fairing, high pressure tank, fastener part, and bonding part were used as hardware to be inspected. We proposed a quantitative standard for debonding inspection of the payload fairing and acoustic emission data for the proof test of the high pressure tank. We analyzed the fracture mode of the sandwich fastener part according to frequency changes. We also proposed a standard specimen for ultrasonic inspection of bonds of different materials. The present analyses and results provide data for evaluation of the launch operation sequence to ensure launch vehicles afford high reliability.
Seo, Sang-Hyeon;Jeong, Ho-Kyeong;Youn, Se-Hyun;Park, Soon-Hong;Jang, Young-Soon
Aerospace Engineering and Technology
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v.6
no.1
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pp.114-119
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2007
This paper introduces modal test of the 2nd stage structure of KSLV-I which is composed to satellite, PLA(Payload Adapter), EB(Equipment Bay), KMS(Kick Motor Support) and KM(Kick Motor) without PLF(Payload Fairing). In this test, to simulate free-free boundary condition, test object was hung by 4 bungee cords and excited by using impact hammer. From this test, dynamic properties of the 2nd stage structure of KSLV-I can be obtained. Modal test data are analyzed by using TDAS(Test Data Analysis Software). As the result, modal parameters and mode shapes below 100Hz of the 2nd stage of KSLV-I were identified.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2000.04a
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pp.12-12
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2000
우리 나라는 일본상공의 비행을 피하기 위하여 제주도와 남해안 근해로 발사장 선정이 국한되는 지정학적인 위치로 볼 때 발사장 선택에 제한이 없는 공중발사에 대한 가능성 연구가 필요한 시점에 있다. 본 연구는 우리 나라와 같은 분단 된 특수상황 그리고 지정학적 위치에서의 발사장을 고려한 우주 발사체 개발의 필요성에 따라 F-4에 장착 가능한 3단형 공중발사 로켓을 설계하고 1/3의 축소 모형을 제작하였다. 2kg의 payload를 갖는 발사체의 1단은 LRM ( Lox/kerosene )을 사용하였고 2, 3단은 SRM ( HTPB/AP/Al )을 사용하였으며 발사고도는 11-l2km 상공에서 F-4에 의해서 발사되고 31km지점에서 1단 분리가 이루어지며 62km지점에서 2단 분리와 nose fairing을 분리하게 된다. 전장은 6.85m 이며 전체 무게는 560.6kg 이고 전체 발사체 시스템의 CAD 도면은 아래 그림 1과 같이 주어져 있다. 그림 2에서는 F-4E phantom의 장착성을 검토해 본 결과 장착이 가능함을 알 수 있었으며 추진제 양의 감소로 크기를 대폭 줄일 수 있었다.
Acoustic test was performed to verify the ability of KSLV-I PLF acoustic protection system (Acoustic blanket) to reduce the acoustic load. The test results showed that the acoustic protection system has +3 dB safety margin compared with design requirement. This paper also illustrates the increase of insertion loss by the acoustic protection system by comparing that of the bare PLF structure.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.10a
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pp.64-71
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2011
In this study, steady and unsteady aerodynamic analyses of a huge rocket configuration have been conducted in a transonic flow region. The launch vehicle structural response are coupled with the transonic flow state transitions at the nose of the payload fairing. The developed fluid-structure coupled analysis system is applied for aeroelastic computations combining computational structural dynamics(CSD), finite element method(FEM) and computational fluid dynamics(CFD) in the time domain. It can give very accurate and useful engineering data on the structural dynamic design of advanced flight vehicles. For the nonlinear unsteady aerodynamics in high transonic flow region, Navier-Stokes equations using the structured grid system have been applied to the rocket configurations. Also, it is typically shown that the current computation approach can yield realistic and practical results for rocket design and test engineers.
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.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.8
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pp.756-762
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2012
A method of the low-frequency noise reduction in an enclosure by using an array of Helmholtz resonator is presented. An integral form of equation, which represents the acoustical coupling between the internal sound field and the resonator array, is formulated so that the boundary element method can be applied to solve the coupling problem. It is shown that the resonator array on the surface of the enclosure can be regarded as impedance patches on the boundary element. Experiments on a simple enclosure acoustically coupled with an array of resonators are conducted to verify the method. The predicted noise reduction by the boundary element method shows good agreement with the measured one. The effects of the resistance of resonators as well as the number of resonators on the noise reduction are demonstrated. As a practical example, the presented method is applied to the payload fairing of a space launcher with resonator arrays. It is demonstrated that the resistance of resonators affects significantly the required number of resonators to achieve a desired noise reduction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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