• Ocean Systems Engineering
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• 제1권4호
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• pp.297-315
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• 2011

New applications of streamlined Autonomous Underwater Vehicles require an AUV capable of completing missions with both high-speed straight-line runs and slow maneuvers or station keeping tasks. At low, or zero, forward speeds, the AUV's control surfaces become ineffective. To improve an AUV's low speed maneuverability, while maintaining a low drag profile, through-body tunnel thrusters have become a popular addition to modern AUV systems. The effect of forward vehicle motion and sideslip on these types of thrusters is not well understood. In order to characterize these effects and to adapt existing tunnel thruster models to include them, an experimental system was constructed. This system includes a transverse tunnel thruster mounted in a streamlined AUV. A 6-axis load cell mounted internally was used to measure the thrust directly. The AUV was mounted in Memorial University of Newfoundland's tow tank, and several tests were run to characterize the effect of vehicle motion on the transient and steady state thruster performance. Finally, a thruster model was modified to include these effects.

• 로봇학회논문지
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• 제2권2호
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• pp.109-118
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• 2007

The thruster is the crucial factor of an underwater vehicle system, because it is the lowest layer in the control loop of the system. In this paper, we propose an accurate and practical thrust modeling for underwater vehicles which considers the effects of ambient flow velocity and angle. In this model, the axial flow velocity of the thruster, which is non-measurable, is represented by ambient flow velocity and propeller shaft velocity. Hence, contrary to previous models, the proposed model is practical since it uses only measurable states. Next, the whole thrust map is divided into three states according to the state of ambient flow and propeller shaft velocity, and one of the borders of the states is defined as Critical Advance Ratio (CAR). This classification explains the physical phenomenon of conventional experimental thrust maps. In addition, the effect of the incoming angle of ambient flow is analyzed, and Critical Incoming Angle (CIA) is also defined to describe the thrust force states. The proposed model is evaluated by comparing experimental data with numerical model simulation data, and it accurately covers overall flow conditions within 2N force error. The comparison results show that the new model's matching performance is significantly better than conventional models'.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제18권1호
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• pp.138-143
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• 2017

A performance analysis for a pulsed plasma thruster(PPT) has been conducted to predict the thrust and current change. Two models were implemented - a one-dimensional lumped circuit analysis model and the Teflon ablation model provided by Michael Keidar. The circuit model incorporating resistance and inductance models was adapted to predict the magnitude of the discharge current. Numerical simulations like current discharge rates with different voltages were reasonably well compared with experimental data. The effects of Teflon ablation on thruster characteristics were investigated.

• 동력기계공학회지
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• 제13권5호
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• pp.18-24
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• 2009

This paper shows the result of development about the revolution system of azimuth thruster which of power is less than 250kW for small ship. Advanced Azimuth revolution system can revolve propeller and rudder from 360 degree so that this system for vessel maneuvering can be excellent of propulsion effectively. Fluid power control system for azimuth thruster is designed with PID control system by using CEMTool/SIMTool program. And the actuator used for servo valve can control rudder angle, pressure and direction. The first, We had a test for the angle control of revolution system. The result of angle control confirmed that it has the good efficiency from experiment result of time input degree $30^{\circ}$, $90^{\circ}$ and $180^{\circ}$. The second, We had to a test for the pressure characteristic of hydraulic motor. As a result, We confirmed the maximum pressure 3.5MPa and steady state 0.7MPa nom experiment result of time input degree $30^{\circ}$. In this paper, it is identified the pressure characteristic of hydraulic motor and angle control for azimuth thruster by AMESim, and it has been confirmed the usefulness of AMEsim modeling was verified by comparison between AMESim simulation results and experiments results.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권8호
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• pp.697-703
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• 2017

펄스형 플라즈마 추력기의 성능해석을 위해 Teflon의 승화와 이온화 모델링을 수행하였다. PPT 작동 시 발생하는 방전 전휴의 변화를 예측하기 위해 일차원 lumped circuit model을 적용하였으며 Mickeal Keidar가 제시한 테플론-플라즈마 온도에 따른 테플론 승화 모델을 적용하였다. Saha 방정식을 이용하여 테플론 구성 원소인 탄소와 불소분자의 이온화를 예측하였다. 프로그램 검증을 위해 선행실험 결과와 비교하여 유사함을 확인하였으며 PPT 작동 전압에 따른 전류 변화정도를 고찰하였다.

• 한국연소학회지
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• 제15권2호
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• pp.12-18
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• 2010

A numerical analysis was performed to predict the thermo-fluid dynamic characteristics of hydrazine monopropellant reaction in the thruster combustor and nozzle. A 1-D porous model was introduced to simulate catalytic reaction by iridium in the combustor while 2-D axisymmetric analysis was applied to predict the nozzle flow. The chemical species and temperature variations were predicted by changing the injection pressure and mass flow rate and their results were validated by comparison with limited experimental data. The thrust variation with injection pressure could be estimated using the current 1-D combustor modeling.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2007년도 제29회 추계학술대회논문집
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• pp.215-218
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• 2007

고체추진제를 사용한 초소형 추력기의 내탄도 모델링과 성능예측에 관하여 기술하였으며, 특히 초소형화 되면서 고려해야하는 연소실 내의 열손실을 고려하였다. 추진제는 일반 HTPB-AP계열을 선택하였으며, 계산 모델은 간단한 1차원 축대칭 end-burner 모델로 정하였다. 연소실내의 화염에 노출되는 표면과 체적에 대한 비율을 변화시키면서 연소실 가스 온도, 압력, 추력을 계산하여 본 논문의 경우 열손실효과로 약 3%의 총역적 감소가 있음을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권9호
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• pp.907-915
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• 2008

하이드라진(N2H4) 아크젯 추력기의 열화학 유동장 해석을 위한 전산유체해석을 수행하였다. 열복사와 전기장이 고려된 압축성 유동해석을 위해서 RANS 방정식을 수정하여 사용하였다. 로렌츠 힘과 Ohm 가열효과를 고려한 Maxwell 방정식이 유동방정식과 결합되어 전기 방전으로 인한 전기장해석을 위해 이용되었다. 아크젯 추력기 내부에서 유동장은 충분히 고온상태이기에 화학평형 해석이 이용되었으며, 광학 두께를 이용한 열복사 모델이 유동방정식에 적용되었다. 계산 결과들은 아크젯 추력기유동이 동결유동에 비해 추력은 180%증가되며, 비추력은 200%가까이 상승됨을 보여준다. 또한 유동장 해석 결과들은 아크젯 추력기 내부의 열적 물리적 특성에 대한 이해를 돕는다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.746-752
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• 2017

최근 고농도 과산화수소는 추력기의 친환경 추진제로 연구가 활발히 진행되고 있다. 과산화수소는 추력기의 촉매대에서 촉매분해되어 추력을 발생시킨다. 촉매대의 최적화 된 설계를 위하여 기존에 존재하는 촉매대 모델을 활용하였다. 모델의 검증을 위하여 100 N 과산화수소 단일추진제 추력기를 사용하여, 다양한 설계 조건들에 대해 실험을 진행하였다. 모델의 예측결과를 실험결과와 대조하여 다양한 조건들에서도 비교적 높은 정확도를 보임을 확인하였다. 검증된 모델을 이용하여 다양한 설계조건들에 대해 최적화된 Catalyst Capacity값과 압력강하량을 계산하였으며, 이를 분석하여 압력강하량과 유량 및 세장비 사이의 관계식을 도출 할 수 있었다. 최적화된 Catalyst Capacity값과 압력강하량 관계식을 이용하여 최적화된 촉매대를 설계할 수 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권8호
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• pp.85-90
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• 2003

인공위성을 포함한 모든 우주 비행체를 제어하기 위해서는 관련 추진기관의 제반성능을 정확하게 이해하고 위성 운영에 적합한 형태로 조정하기 위한 프로그램이 필요하다. 본 연구에서는 이원 추진제를 사용하는 추력기에 대한 자료를 사용하여 이 프로그램에 필요한 추력기의 성능함수를 best fitting curve를 사용하여 모델링하였다. 추력기의 성능을 정확히 파악하기 위해서는 제조회사로부터의 실험자료가 필요하나 제조회사로부터 실험자료를 얻을 수 없기 때문에, 성능 곡선의 기본 특성을 알아내기 위해서 실제 연소실험을 수행하여 이것을 모사하였다. 그 결과, 추력 및 추진제 소모량은 추진제의 공급압력으로 예측됨을 알 수 있었다. 실험에 사용된 로켓은 추진제로 액체산소와 케로신을 사용하였고 설계추력은 100lb$_f$였다.