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MCV 오리피스 면적 구배 보상 기법을 활용한 비대칭형 유압식 구동기 성능 개선 설계
박차렴(Charyeom Park),김상석(Sangseok Kim),김대현(Daehyun Kim),김상범(Sangbeom Kim),박상준(Sangjoon Park) 한국항공우주학회 2016 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.4
본 논문에서는 직구동 제어밸브(DDV)를 적용하는 비대칭형 유압식 구동기에 대해 MCV(주제어밸브) 오리피스 면적 구배 보상 방법을 활용하여 성능 및 동특성을 개선하는 설계 기법을 연구하였다. 일반적으로 유압식 서보 구동기는 Spool/Sleeve 구조 내부에 오리피스 면적이 균일한 서보제어밸브가 채택되고 있으며, 항공기 장착시 인터페이스 및 중량을 고려하여 비대칭형 실린더를 갖는 구동기가 주로 적용되고 있다. 이러한 비대칭형 실린더를 적용하는 구동기는 실린더 챔버 내 압력 불균형(Pressure Jump) 및 동일한 용량의 서보제어밸브를 갖는 대칭형 구동기 대비한 속도 성능 저하를 유발한다. 이러한 문제를 개선할 수 있는 비대칭형 유압식 구동기의 설계 기법을 찾기 위해, 관련된 수학적 모델식을 세우고 밸브 및 피스톤의 변위에 대한 폐루프 제어를 구현하여 성능해석을 수행하였다. 또한, 비대칭형 구동기의 MCV 오리피스 면적 구배 보상 여부에 따른 성능해석 결과를 비교 분석하여 제안된 설계 기법의 적합성을 검토하였다. In this paper, a design technique that improves performances and dynamic characteristics of the asymmetric hydraulic actuator with direct drive valve(DDV) by use of compensation method of orifice area gradient is addressed. Generally, servo control valves with uniform orifice area in spool/sleeve are applied to hydraulic servo actuator and asymmetric cylinder is mainly used considering interface and weight when assembled in aircraft. But, those cause pressure jump in cylinder chamber and degradation of velocity when compared with symmetric actuators. To find a design technique of asymmetric hydraulic actuator which solves and improves those problems, the performance analysis is conducted including a mathematical model and a closed-loop control of the displacement of valve and actuator piston. Also, those results are reviewed to prove appropriateness of a proposed design technique.
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박차렴(Charyeom Park),이창진(Changjin Lee) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.5
하이브리드 로켓 연소실 내부 유동장에 대한 수치계산 결과에 POD기법을 적용하였다. 특히, 다이어프램 설치에 따른 유동모드 변화를 분석하여, 연소특성에 미치는 영향을 해석하였다. 또한, 다이어프램이 있는 연소실에서 표면 분출유동의 유무에 따른 POD를 적용하여 분출유동이 연소실 내부 유동특성에 미치는 영향을 판단하였다. 10개의 모드를 사용하여 기본형상에 대한 POD 결과를 살펴보면 주 유동을 나타내는 모드 1과 벽면 근처의 작은 크기 유동인 2-9 모드 사이의 구분이 분명하게 나타났다. 다이어프램을 설치한 형상의 POD 결과, 모드 2부터 5의 에너지가 증가하였는데 이것은 다이어프램 주변 순환영역에서 생성되는 유동 때문인 것으로 보인다. 한편, 다이어프램 주위 영역의 유동특성을 보여주는 모드 2-5와 후류 벽면의 유동특성을 보여주는 모드 6-9의 에너지 분포가 분출유동 유무에 관계없이 비슷한 특성을 나타냈다. 따라서 연소율이 다이어프램 근처에만 국부적으로 증가하는 이유는 다이어프램 후류에 형성되는 비교적 큰 크기의 유동모드 2-5의 에너지가 증가되었기 때문인 것으로 분석된다. POD analysis has been done to investigate the internal flow characteristics using LES calculation results of hybrid rocket combustion chamber. The special emphasis was put on the change in the mode energy distribution caused by the installation of diaphragm compared to the baseline case. Also the comparison was made to investigate the effect of wall blowing on the changes in the mode energy between the regions near and far from the diaphragm. For baseline case, POD results clearly distinguish the primary mode containing most of flow energy from the rest of flow modes (2-9 mode) depicting small scale modes. Also, the increase in the energy of flow modes 2-5 is responsible for the formation of relatively large scale structures due to diaphragm. In addition, the comparison of mode energy distributions of flow fields with diaphragm shows similar patterns in both wall blowing and no blowing case. This implies that the local increase in regression rate just after the diaphragm is directly associated with the increase in energy distributions of 2-5 modes.
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박차렴(Charyeom Park),이창진(Changjin Lee) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.5
본 논문에서는 Proper Orthogonal Decomposition(POD)를 이용하여 Large Eddy Simulation(LES) 을 통해 계산한 하이브리드 로켓 모터 내부 유동을 분석하였다. 하이브리드 로켓 모터 내부의 에너 지 분포 및 거동을 분석하기 위해서는, 주요한 에너지 준위를 각각 모드 개념으로 분할하고 그 분포 를 나타내는 POD 해석 기법이 필요하다. 본 과제의 목적을 달성하기 위해, POD 기법 중 Snapshot 을 활용하여 하이브리드 로켓 모터 내부 유동장의 시간 흐름에 의한 에너지 거동을 모드별로 나누어 살펴보았다. 특히, 점성력에 의해 벽면을 기준으로 발생하는 에너지 형상을 살펴보기 위해 상대적으 로 낮은 에너지 준위를 갖는 POD 모드를 분석하였다. 그리고 그 결과, 상대적으로 큰 에너지 준위 를 갖는 거동이 중심축을 기준으로 발생하며, 작은 에너지 준위를 갖는 거동이 벽면에서 나타남을 확인하였다. In this paper, analysis of internal flow of hybrid rocket motor calculated by Large Eddy Simulation is executed using Proper Orthogonal Decomposition. To analyse the distribution and motion of energy in hybrid rocket motor, POD process that divides flow structure by each mode and shows the distribution is needed. For achieving of the object, the energy behavior of internal flow of hybrid rocket motor is analysed by dividing modes using snapshot POD. Especially, to look energy behavior near the wall that occurs by viscous stress, POD modes that hold relatively low energy are analysed. As a result, the high-energy behaviors are proceeded based on the center axis, but relatively low-energy behaviors are appeared near the wall.
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