• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권5호
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• pp.1619-1626
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• 2024

In order to optimize the operational safety and reliability of the upper launcher for the CFETR ECRH system, a design of the launcher for NTM control based on the remote steering concept is currently being carried out for comparison with the front steering equivalent. This paper presents the layout design and analysis of the quasi-optical system in the remote steering launcher. A 3D visual quasi-optical design tool has been developed for the quasi-optical system, which can parameterize modeling, perform general astigmatic beam calculation and show the accurate beam propagation path in the upper port. Three identical sets of quasi-optical modules are arranged in the launcher, and each one consists of two fixed double-curvature focusing mirrors, which focus and reflect the steering beams (- 12°-12°) from two square corrugated waveguides. The beam characteristics at the resonance layer are described, and the average beam radius is < 100 mm. The peak head loads on the surfaces of the two fixed mirrors are 1.63 MW/m² and 1.52 MW/m². The position and size of the beam channel in the blanket are obtained, and the opening apertures on the launcher-facing and plasma-facing sides of the blanket module are 0.54 m² and 0.4 m², respectively.

• 한국추진공학회지
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• 제26권4호
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• pp.54-63
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• 2022

500 kg의 페이로드를 500 km 태양동기궤도에 이송가능한 소형발사체의 상단에 사용될 3톤급 액체로켓엔진을 설계하고 있다. 소형발사체의 1단에는 비행시험으로 검증된 75톤급 엔진을 사용한다. 상단용 엔진은 액체산소와 액체메탄을 연료로 사용되는데, 이 추진제 조합은 공통격벽탱크를 적용하여 무게 감소가 가능하고 비추력도 높다. 상단엔진의 사이클로는 저압으로 운용되어 신뢰성이 높은 팽창식 사이클을 채택했으며, 노즐 확대비 120이상에서 360초를 상회하는 비추력 성능을 보일 것으로 평가되었다. 엔진의 주요구성품인 연소기와 터보펌프는 목표 비용을 맞추기 위하여 적층제조된다. 엔진은 자가증기가압과 롤추력제어를 위하여 가열된 증기메탄을 제공하고, 이러한 기능을 가진 상단 추진기관시스템은 심우주탐사 등 다양한 임무에 확대 적용 가능할 것으로 기대된다.

• 한국추진공학회지
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• 제24권1호
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• pp.17-23
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• 2020

달 탐사에서 발사체 상단은 주로 저궤도에 투입된 탐사선을 38만 km의 거리에 있는 달까지 투입해주는 역할을 한다. 국외의 경우 상단(Upper Stage)은 달 탐사선을 지구-달 전이궤적에 투입 후 탐사선과 분리되고, 달 탐사선은 그 이후 자체 추진제를 이용하여 중간 경로 수정 기동 및 달 궤도 진입을 수행한다. 본 연구는 새롭게 제시되는 소형 액체상단을 기술하였다. 습질량이 총 2.9톤인 액체상단을 이용할 경우 달 탐사선을 지구-달 전이궤적 투입뿐만 아니라 달 궤도 진입까지 수행할 수 있다. 본 연구는 나로 우주센터에서 발사할 경우를 기준으로 허용 가능한 달 탐사선의 질량 범위를 도출하고, 탐사선의 허용 가능한 임무 범위도 다양하게 기술하고자 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권4호
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• pp.78-87
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• 2021

KSLV 상단의 임무 다각화를 위해서는 저중력 환경에서 액체 추진제의 거동을 정확히 파악하고 있어야 한다. 지상에서 저중력 환경을 모사하는 방법은 자유낙하 방법이 있지만, 공기저항이 항상 동반된다. 공기 저항을 제거하기 위하여 공기 저항 차단캡슐을 이용한 낙하 시험을 진행하였다. 공기 저항 차단캡슐 내부에 시험체를 위치하고 7 m 높이에서 1.2초 동안 낙하하여 시험체의 저중력 환경을 조성하였다. 낙하하는 동안 0.01 g 이하의 중력가속도를 측정하였으며 지표면에 도달하기 전 최소 가속도는 약 0.005 g였다. 추후 낙하 높이 및 낙하 시간이 증가한다면 개선될 수 여지가 있다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권2호
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• pp.451-462
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• 2024

In order to optimize the operational safety and reliability of the upper launcher for the CFETR ECRH system, a design of the launcher based on the remote steering concept is currently being carried out for comparison with the front steering equivalent. This paper presents the remote steering system's conceptual design and simulation analysis. A Square Corrugated Waveguide (SCW) of 65 × 65 mm has been designed with an optimized length of 9.35 m. By changing the relative length of the waveguide, the transmission efficiency of the SCW is optimized within the range of steering angles ±12°. Different error factors are investigated in detail, and corresponding acceptable error ranges are provided. Considering these error factors and ignoring ohmic losses and thermal effects, the relative transmission efficiency of the SCW is estimated to be >98 % within the steering angle range. A matching steering unit for the SCW is designed, which consists of an ellipsoidal focusing mirror and a steerable flat mirror. The detailed design of the steerable mirror motion trajectory is presented. Also, the influence of the possible beam incident errors caused by the steering unit on the transmission efficiency is analyzed in detail.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권2호
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• pp.156-165
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• 2015

궤도 속도에 근접하거나 궤도운동을 하고 있는 발사체 상단의 지구 재진입에 따른 지상피해 분석에 이용하기 위하여 지구 재진입 물체의 생존성 분석 프로그램(SAPAR: Survivability Analysis Program for Atmospheric Reentry)을 개발하였다. 3자유도 파편 낙하시뮬레이션 과정에 파편이 낙하하는 도중에 받게 되는 공력 열하중, 열하중에 의한 파편의 온도변화, 녹는점에 도달한 후 물체의 상변화 여부 등을 포함하여 최종적으로 지상에 낙하하는 파편의 크기와 무게를 분석하였다. 개발된 코드의 검증을 위하여 단순한 형태의 파편에 대한 생존성 분석을 수행하여 미항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)의 코드 결과와 비교하였다. 또한 실제 재진입 파편에 대한 분석을 수행하여 측정된 결과와 비교하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권5호
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• pp.386-392
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• 2017

본 논문에서는 700 km 고도의 태양동기궤도 진입을 목표로 하는 3단형 위성발사체에 있어서, 여러 오차 요인들로 인한 성능 오차를 보상하면서 목표 궤도에 정확히 투입시키는데 필요한 비행성능여유에 대해서 살펴보았다. 우선 궤도 투입 오차에 영향을 끼치는 다양한 오차 요인들과 각 오차 요인의 분산을 정의하였다. 이를 토대로 각 오차 요인의 영향을 독립적으로 고려할 수 있는 장점이 있는 민감도 분석을 ${\pm}3{\sigma}$ 분산 조건에 대해서 수행하였다. 여기에 여러 오차 요인에 의한 영향을 종합적으로 고려할 수 있는 Monte Carlo 분석 방법을 적용해서도 요구 추진제를 계산하였다. 결과적으로 두 방법을 통해 얻어진 비행성능여유를 비교했으며, 유사한 수치가 도출됨을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제26권3호
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• pp.54-65
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• 2022

2단형 소형위성발사체 상단 메탄엔진에 다중점화가 가능한 간결한 점화기를 개발하고 있다. 첫 번째로 적층제조 기술을 활용하여 믹싱헤드와 일체형으로 다중점화장치를 설계 및 제작하였다. 두 번째로 연소기 헤드에 공급되는 점화 추진제를 주-추진제 배관에서 분기하여 공급함으로써 점화가스 저장을 위한 별도의 고압 용기가 필요없다. 1톤급 액체산소/액체메탄 엔진 연소기 헤드에 일체형으로 고안된 신규 점화기에 대해서 점화기 단독시험, 연소기 점화시험 및 연소기 성능시험 등의 다양한 시험을 수행하였고, 안정적인 점화 성능을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제23권5호
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• pp.43-52
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• 2019

극저온 유체를 사용하는 발사체는 극저온 유체의 자연순환회로를 이용하여 발사체의 엔진 입구를 냉각한다. 자연순환회로의 질량유량은 순환시스템을 구성하는 배관의 길이 및 직경과 시스템으로 들어오는 열유입에 의하여 결정된다. 극저온 유체의 자연순환회로의 순환 검증 및 질량유량 측정을 위하여 실험을 진행하였으며, 이론적 계산 결과와 비교하였다. 비교 결과 12%의 오차가 있음을 확인하였다. 이 결과를 바탕으로 발사체 상단에서 저중력 구간 및 가속 구간에서의 자연순환 질량유량을 예측한 내용을 포함한다. 가속구간에서는 산화제탱크가 100 kPa 내외로 유지하는 것이 자연순환유량 증가에 이로웠으며, 저중력구간에서는 중력가속도의 크기에 따른 최적 압력으로 조절해야 자연순환유량의 최고값을 유지할 수 있었다.

• 항공우주기술
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• 제11권1호
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• pp.169-177
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• 2012

본 논문에서는 주어진 발사체의 상단부 유도 방식 선정을 위해서 외연적 유도 알고리듬에 대해서 다루었다. 지구를 평평하게 가정함으로써 얻어지는 매우 단순화된 형태의 알고리듬으로 온보드 응용에 있어서 유리한 유도 방식에 대해서 다루었다. 그러나 주어진 발사체에 적용한 결과 단순한 time-to-go 예측 방정식은 유도 성능을 저하시키는 특성을 보여, Saturn이나 H-II 발사체 사용되었던 정밀한 예측 방법을 도입하였다. 최종적으로 모의시험을 통해 단순한 형태의 유도 방식은 폭넓은 응용을 위해서는 time-to-go 예측 및 중력에 의한 속도 이득을 개선해야 함을 알 수 있었다.