Launch vehicles are exposed to aerodynamic heating conditions while flying at high Mach numbers in the atmosphere. In this study aerodynamic heating test for fairing nose-cone was done using ATSF(Aerodynamic Thermal Simulation Facility) and Engineering Model for fairing. ATSF is a facility that can simulate given temperature profile using about 4,000 halogen heaters on fairing model. Aerodynamic heating profile is got from result of thermal analysis using MINIVER, Thermal Desktop and SINDA/FLUINT. After aerodynamic heat test, it is found that initial temperature of fairing inner surface and thickness of BMS has important effects on temperature of fairing inner surface. Also it is confirmed that maximum temperature of fairing nose-cone inner surface during flight is lower than allowable temperature limit. Later, thermal correlation between thermal analysis and experimental results will be done using aerodynamic heating test result
Separation motion of 1:2 downscaled nose fairing is simulated. In comparison with the experimental results, results of analyses on the separation simulation are verified and the characteristics of nose fairing separation are analyzed. The results shows about 5% analysis error.
Acoustic load generated by rocket propulsion system is one of major dynamic loads during lift-off phase so that it causes the structural failure and electronic malfunction of payloads. Acoustic loads can be greatly reduced by an appropriate acoustical design of nose faring structures. This paper deals with the acoustical design of the nose fairing structure for launch vehicle. It is well known that a honeycomb sandwich structure is a poor sound insulator because of its high specific stiffness. In this paper, the sound transmission characteristics of four kinds of honeycomb structures for noise fairing were investigated by means of numerical and experimental ways. In order to estimate transmission loss, infinite plate theory by Moore and Lyon and statistical energy analysis (SEA) method were used. The predicted results showed a good agreement with measured ones. These enabled us to determine a proper core material for nose fairing, which shows good sound insulation performance per weight.
KARI is developing a satellite launch vehicle that is called KSLV(Korea Space Launch Vehicle)-I. During the flight, launch vehicles are exposed to aerodynamic heating conditions while flying at high Mach numbers in the atmosphere. KARI constructed Aerodynamic Thermal Simulation Facility to simulate aerodynamic heating on the ground. ATSF is a facility that can simulate given temperature profile using about 4,000 halogen heaters on fairing model. Aerodynamic heating profile is got from result of thermal analysis using MINIVER, Thermal Desktop, and SINDA/FLUINT. Aerodynamic heating test of fairing of KSLV-I was done using engineering model of payload fairing and Aerodynamic Thermal Simulation Facility. It was found that thermal analytic results show good agreement with aerodynamic heating test results within 6$^{\circ}$C at fairing inner surface. Also it was confirmed that maximum temperature of fairing nose-cone inner surface during flight is lower than allowable temperature limit.
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.
Kim Sang-Jin;Seon Yong-Hee;Lee Jae-Woo;Byun Yung-Hwan
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2000.10a
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pp.46-53
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2000
To improve the performance at all design points, multi-point optimization method is implemented for the nose fairing shape design of space launcher. The response surface method is used to effectively reduce the huge computational loads during the optimization process. The drag is selected as the objective function, and the surface heat transfer characteristics, and the internal volume of the nose fairing ate considered as design constraints. Full Wavier-Stokes equations are selected as governing equations. Two points drag minimization, and two points drag / heat flux optimization were successfully performed and configurations which have good performance for the wide operation range were derived. By considering three design points, the space launcher shape which undergoes the least drag during whole flight mission was designed. For all the design cases, the constructed response surfaces show good confidence level with only 23 design points with the proper stretching of the design space.
The contribution of exterior devices such as bogie fairings and pantographs to running resistance was estimated on the basis of coasting tests at up to 350 km/h with the help of the Korean Next Generation High speed train (HEMU-430X). In order to assess the reduction of air resistance by nose car's bogie fairing, coasting tests were conducted with a removable bogie fairing at various speed ranges. And, the contribution of the pantograph to air resistance was also estimated with coasting tests that include the pantograph's rising and descent modes. The linear regression method was used to examine decelerations from time-velocity data and the equation of resistance to motion is proposed from the deceleration data. From the aerodynamic term of the equation of resistance to motion, the contribution to air resistance by nose car's bogie fairing and pantograph was estimated. The results show that the air resistance was reduced by about 3.8% by the nose car's bogie fairing. And, the 3.9% increase of air resistance by the pantograph (open knee mode) has been found.
A forward-facing aerospike attached to a payload fairing of a satellite launch vehicle significantly alters its flowfield and decreases the aerodynamic drag in transonic and low supersonic speeds. The present payload fairing is an axisymmetric configuration and consists of a blunt-nosed body along with a conical section, payload shroud, boat tail and followed by a booster. The main purpose of the present numerical simulations is to evaluate flowfield and assess the performance of aerodynamic drag coefficient with and without aerospike attached to a payload fairing of a typical satellite launch vehicle in freestream Mach number range 0.8 ≤ M∞ ≤ 3.0 and freestream Reynolds number range 33.35 × 106/m ≤ Re∞ ≤ 46.75 × 106/m whichincludes the maximum aerodynamic drag and maximum dynamic conditions during ascent flight trajectory of the satellite launch vehicle. A numerical simulation has been carried out to solve time-dependent compressible turbulent axisymmetric Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. The closure of the system of equations is achieved using the Baldwin-Lomax turbulence model. The aerodynamic drag reduction mechanism is analysed employing numerical results such as velocity vector plots, density and Mach contours in conjunction with the experimental flow visualization pictures. The variations of wall pressure coefficient over the payload fairing with and without aerospike are exhibiting different kind of flowfield characteristics in the transonic and low supersonic speeds. The numerically computed results are compared with schlieren pictures, oil flow patterns and measured wall pressure distributions and exhibit good agreement between them.
To reduce the aerodynamic drag of high speed trains, aerodynamic drag of KTX-Sancheon was analyzed in detail according to individual components. Aerodynamic drag values of the power cars (front car, rear car) and bogies are about 42.9% and 10.1% of the total aerodynamic drag, respectively. For the aerodynamic drag reduction of a power-car, a nose shape optimization was conducted using the Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno optimum method. Shape change of a power car and bogie fairing adaptation are used to reduce the aerodynamic drag of a car body. The aerodynamic drag of the optimized train-set dropped by 15.0% compared to the aerodynamic drag of the KTX-Sancheon; a running resistance reduction of 12% is expected at the speed of 350km/h.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.5
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pp.367-375
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2017
RANS computational analysis was performed on the head of the launch vehicle including the hammerhead nose pairing in the supersonic regime. The two-dimensional axisymmetric analysis was performed by using laminar, fully turbulent and transition models and compared with the experimental data. It was observed that different flow phenomena occurred depending on the Reynolds number. Under the high Reynolds number condition, the boundary layer becomes turbulent, which is not separated from the surface of the launch vehicle. With the low Reynolds number condition, laminar separation bubble was produced due to the separation and reattachment of the boundary layer on the expansion-compression edge of the hammerhead type nose fairing. The three-dimensional computations with the angle of attack showed a fully detached vortical structure due to the laminar separation bubble. It is proved that the turbulent transition should be considered to predict the separation bubble with the Reynolds number.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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