1-D 시뮬레이션을 활용한 핀틀추력기의 성능해석 -Ⅱ

노성현(Seonghyeon Noh),김지홍(Jihong Kim),허환일(Hwanil Huh) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.4

본 연구는 공압시험용 핀틀추력기의 비정상상태 특성을 예측하기 위한 1-D 시뮬레이션 적용법을 기술한다. 추력을 제어하기 위해 질량유량, 챔버압력, 노즐출구 압력은 핵심 매개변수이다. 챔버압력은 핀틀 스트로크 변화에 따라 단조롭게 증감하였지만, 추력은 챔버압력의 변화와 다른 양상을 보였다. 핀틀이 전진할 때 핀틀 속도와 챔버 자유체적이 특정값을 초과하면 추력 값은 초기에 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 1-D 시뮬레이션은 비정상 상태 특성을 예측하는데 한계가 있지만 실험이나 수치해석 이전에 듀얼벨노즐과 같은 다양한 고도보정노즐 추력기의 초기 성능 평가에 여전히 유용하다. This paper describes how to apply one-dimensional simulation to predict unsteady state characteristics of the cold-gas pintle thruster. Mass flow rate, chamber pressure, and nozzle exit pressure are key parameters for thrust control. Chamber pressure rose and fell monotonously with the pintle stroke variation, while thrust variation was different from chamber pressure variation. During the forward pintle stroke operation, the thrust value tended to decrease initially and returned to increase when pintle speed and chamber free volume exceed some specified value. Even though one-dimensional simulation has the limitations to predict unsteady state characteristics, it is still useful for initial performance assessment of various thrusters which adopt an altitude compensation nozzle such as a dual-bell nozzle, prior to experiment or numerical analysis.

75톤급 액체로켓엔진 정상상태 과정의 수학적 모델링 및 시뮬레이션

이계림,차지형,고상호,박순영,정은환 항공우주시스템공학회 2017 항공우주시스템공학회지 Vol.11 No.5

본 논문은 75톤급 개방형(Open-cycle) 액체로켓엔진(Liquid Propellant Rocket Engine, LPRE)의 수학적모델링 및 정상상태(Steady state)에서의 시뮬레이션을 수행한 내용을 다룬다. 액체로켓엔진의 각 구성품들은 열역학 및 동역학적 특성을 이용하여 크게 7개로 분류할 수 있으나, 본 논문의 액체로켓엔진 시뮬레이션 모델을 간단화하기 위해 열전달 모델링을 생략하여 4개의 지배방정식(Govern equation)을 이용하였다. 정상상태에서의 실험 데이터와 시뮬레이션 데이터의 오차율을 통해 모델링을 확인하였으며 공칭작동점에서의 선형화 모델을 이용하여 안정성을 판단하였다. 또한, 시뮬레이션 모델링을 검증하기 위해실험 데이터의 과도응답을 비교하였다. This paper deals with mathematical modeling of a 75-ton open-cycle Liquid Propellant Rocket Engine (LPRE) and the steady state simulation based on a nominal operating point. Each component of open-cycle LPRE may be classified into seven major categories using thermodynamics and dynamics characteristics. To simplify the simulation model of LPRE in this paper, we used four govern equations with assuming no heat transfer process. We confirmed the mathematical model of LPRE by using the error ratio and comparing the experiment data and simulation data in steady state, and checked the stability with the linearized model. Finally, we demonstrated the simulation model as compared to the transient response of experimental data.

함수형 현가장치 차량동역학 모델에 의한 정상상태 해석

이길용(Guilyong Lee),김상섭(Sangsup Kim) 한국자동차공학회 2007 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

Studies for a vehicle dynamics model including kinematic and compliance characteristics of the suspension have not been actively these days. The purpose of this paper is to determine steady-state reponses of a vehicle by using the verified functional suspension vehicle dynamics model. First section 2 will show that the differential equation of motion in the functional suspension vehicle dynamics model have 10 degrees of freedom. In the first part of section 3, it will be demonstrated that the differential equations are converted to a set of algebraic equations in the steady-state responses characteristics. Finally, in the same chapter, equations of motion will be shown to have 10 degrees of freedom and 9 variable states in terms of algebraic equations. These equations can be solved by using the Guass-Newton Method, which is one of numerical methods. In section 4, these simulation results are compared with those obtained from a transient dynamic analysis, J-Turn simulation, in order to demonstrate that they are almost the same. Section 5 will focus on the fact that steady-state analysis can be used for understanding cornering behavior results. A steady-state analysis using a functional suspension vehicle dynamics model is an effective analysis method for getting vehicle steady-state responses because it help to get vehicle data with ease and shortens the amount of computer simulation time.

Quality of Coverage Analysis on Distributed Stochastic Steady-State Simulations

이종숙,박형우,정해덕,Lee, Jong-Suk-R.,Park, Hyoung-Woo,Jeong, Hae-Duck-J. Korea Information Processing Society 2002 정보처리학회논문지 A Vol.9 No.4

본 논문에서는 분산 시뮬레이션 기법 중에 하나인 MRIP(Multiple Replications In Parallel) 시나리오에서 각종 순차적인 시뮬레이션 분석 방법들의 성능을 측정할 수 있는 포함범위(Coverage)에 대한 신뢰구간(confidence intervals) 및 속도향상(Speedup)에 대해 살펴보았다. F-분포를 기반으로 한 신뢰구간에 대한 추정기(estimator)를 단일 프로세서와 다중 프로세서 상에서 참조모델(reference model)로 $M/M/1/{\infty},\;M/D/I/{\infty}과\;M/H_{2}/1/{\infty}$큐잉 시스템을 활용하여 정상상태(steady-state)에서의 평균치를 추정하는 시뮬레이션에 적용하였다. 순차적인 포함범위 분석을 위해서는 수많은 시뮬레이션 실행(Run)들이 요구되는데, MRIP 분산 시뮬레이션 시나리오에서 다중 프로세서를 이용하여 시뮬레이션을 수행하여 최종 시뮬레이션 결과를 얻는데 걸리는 신간을 감소시켰다. 또한, LNA으로 연결된 분산 컴퓨팅 시스템에 시뮬레이션을 동시에 수행시킴으로써 쉽게 필요한 수의 시뮬레이션 실행결과(Run)를 수집할 수 있다. 이는 샘플의 수가 증가됨으로써 좀더 신뢰도가 높은 최종 신뢰구간을 시뮬레이션 수행자가 얻을 수 있게 해준다. In this paper we study the qualify of sequential coverage analysis under a scenario of distributed stochastic simulation known as MRIP(Multiple Replications In Parallel) in terms of the confidence intervals of coverage and the speedup. The estimator based in the F-distribution was applied to the sequential coverage analysis of steady-state means. in simulations of the $M/M/1/{\infty},\;M/D/I/{\infty}\;and\;M/H_{2}/1/{\infty}$ queueing systems on a single processor and multiple processors. By using multiple processors under the MRIP scenario, the time for collecting many replications needed in sequential coverage analysis is reduced. One can also easily collect more replications by executing it in distributed computers or clusters linked by a local area network.

AMESim을 이용한 항공용 엔진 고공환경시험설비 운전 모사

김재환,전용민,이경재,김춘택 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

본 논문에서는 한국항공우주연구원이 운용 중인 항공용 엔진 고공환경시험설비의 신뢰성 있는 운전모사를 위해 AMESim 기반의 시뮬레이션 모델 개발결과를 제시한다. 설비 모델은 AMESim이 제공하는 라이브러리(배관, 밸브 등)와 설비 설계 자료를 기반으로 구성하고 기존에 수행되었던 고공시험 정상상태 시험결과와의 비교를 통해 예비 검증을 수행하였다. 향후 천이운전 시험결과의 비교를 통해 검증을 완료할 예정이다. 엔진 모델은 AMESim 자체로 구현된 모델이 사용되거나 Matlab/Simulink 기반 엔진모델이 인터페이스 될 수 있도록 구현하였다. 개발된 AETF 시뮬레이션 모델은 엔진의 급가감속 시 안정된 고공환경조건 유지에 필요한 설비제어변수를 최적화에 활용 예정이다. This paper describes the AMESim based simulation model for the altitude engine test facility (AETF) in Korea Aerospace Research Institute (KARI). The AETF simulation model has been implemented by using AMESim libraries(valves, pipes, tec), initial detailed design data of the facility. The preliminary verification of the model is carried out compared with the previously obtained steady state operation data of the AETF. The final verification will be completed compared with real transient operation data. The verified AETF simulation model will be used for the facility control parameters optimization, which results in the stable altitude environment condition regardless of a drastic change in engine operation condition.

1-D 시뮬레이션을 활용한 핀틀추력기의 성능해석 -Ⅰ

김지홍(Jihong Kim),노성현(Seonghyeon Noh),허환일(Hwanil Huh) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.4

핀틀추력기는 추력조절을 위해 노즐목면적을 조절하는 핀틀 스트로크 개념을 사용한다. 충남대학교에서 수행한 공압시험용 핀틀추력기에 대해 MATLAB을 사용하여 1-D 시뮬레이션 성능예측 기법을 연구하였고 전산수치해석과 1-D 시뮬레이션을 수행하여 결과를 비교하였다. 일차원 유동이론에 근거한 성능예측결과는 챔버압력에 대해 경향성 뿐만 아니라 계산값까지 유사한 것을 확인하였지만, 노즐벽면의 박리로 인해 추력에 대해서는 오차가 존재하였다. 수치해석 결과로 모든 핀틀 스트로크 구간에서 노즐의 확장부 부분의 설계 노즐목 부근에서 유동박리가 발생하는 것을 확인하였다. 엠피리컬(Empirical) 추력예측법은 노즐벽면의 박리를 포함하며, 1-D 엠피리컬 시뮬레이션은 초기 핀틀 스트로크 구간에서 추력을 잘 예측하였다. Pintle thrusters use pintle stroke to change nozzle throat area, and this controls thrust. Using MATLAB, one-dimensional simulation has been investigated and the results are compared to those of cold flow tests and computational fluid dynamics for the pintle thruster of Chungnam National University. The prediction based on one-dimensional flow theory shows good agreement with measurements for chamber pressure, but deviates for thrust, partly because of nozzle wall separation. Computational results show that nozzle wall separation occurs at an early stage of nozzle expansion, near the design nozzle throat, for the course of pintle strokes. Empirical thrust prediction incorporates nozzle wall separation, and thus 1-D simulation using empirical thrust prediction showed good results for an early stage of pintle stroke.

초임계 정상 화염편 모델을 이용한 케로신/기체산소 동축 전단분사기의 끝단 두께에 따른 혼합 및 연소 특성

허준영(Junyoung Heo),강정석(Jeongseok Kang),성홍계(Hong-Gye Sung) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

고압 환경에서 작동하는 케로신/기체산소 전단 동축 분사기의 끝단 두께가 혼합 및 연소 특성에 미치는 영향을 수치적으로 연구하였다. 난류모델은 LES를 기반으로 하였고, 실기체 상태량을 계산하기위해 RK-PR 상태 방정식을 적용하였다. 초임계 화염구조해석을 위하여 초임계 물성치 식을 적용하였으며, 케로신/기체산소 화염구조해석을 통해 실기체 정상 화염편 모델(steady flamelet model)에 적용하였다. 끝단 두께에 따른 비반응/반응계산의 혼합면에 발생되는 와류발생과 연소 특성을 비교하였다. 끝단 두께가 두꺼워짐에 따라 와류가 끝단면 길이보다 작게 형성이 되며 이로 인하여 불균일한 온도분포가 형성되었다. 하지만 scalar dissipation rate의 분포경향과 크기는 유사하였다. The effect of the splitter thickness of a kerosene/gaseous oxygen shear-coaxial injector under supercritical condition is numerically investigated in order to analyze the mixing and combustion characteristics. Turbulent numerical model is based on large eddy simulation with Redlich-Kwong-Peng-Robinson equation of state to calculate real-fluid properties. A combustion model is applied to the real-fluid steady flamelet model which is based on kerosene/gaseous oxygen flame structure results. The vortex generation and combustion characteristics on the mixing layer are compared the reacting with non-reacting result according to the tip thickness. As the tip thickness increases, the temperature distribution is in non-uniform due to the vortex size. However, a tendency of the scalar dissipation rate is similar to each other.

Coverage 분석을 위한 신뢰구간 추정량에 관한 비교 연구

이종숙,정해덕,Lee, Jong-Suk,Jeong, Hae-Duck J. 한국정보처리학회 2004 정보처리학회논문지D Vol.11 No.1

지금까지 비율(proportion)에 대한 신뢰구간의 근사적 추정량(approximate estimator)에 대한 여러 기법들이 제안되었으나, 시뮬레이션 결과에 대한 coverage 분석을 수행할 경우에는 정규분포에 기반 한 신뢰구간 추정량이 주로 이용되었다. 그 이유는 정규분포에 대한 근사법이 다른 근사법들 보다 실제 구현하는데 쉽게 여겨졌기 때문이다. 하지만, 최근에 arcsin 변환에 기반한 coverage 분석을 위한 근사법이 [12]에서 시뮬레이션 수행 시에 최종결과에 요구되는 정확도의 조절과 비율을 추정하기 위해서 사용되었다. 본 논문에서는 세 개의 신뢰구간 추정량 근사법(정규분포 기반 근사법, arcsin 변환 기반 근사법, 그리고 F-분포 기반 근사법)을 비교 분석하였다. 세 신뢰구간에 대한 추정량을 단일 프로세서와 다중 프로세서 상에서 참조모델(reference model)로 M/M/1/$\infty$와 W/D/l/$\infty$ 큐잉 시스템을 활용하여 정상상태(steady-state)에서의 평균치를 추정하는 시뮬레이션에 적용하였다. Confidence interval estimators for proportions using normal approximation have been commonly used for coverage analysis of simulation output even though alternative approximate estimators of confidence intervals for proportions were proposed. This is -because the normal approximation was easier to use in practice than the other approximate estimators. Computing technology has no problem with dealing these alternative estimators. Recently, one of the approximation methods for coverage analysis which is based on arcsin transformation has been used for estimating proportion and for controlling the required precision in [12]. In this paper, we compare three approximate interval estimators, based on a normal distribution approximation, an arcsin transformation and an F-distribution approximation, of a single proportion. Three estimators were applied to sequential coverage analysis of steady-state means, in simulations of the M/M/1/$\infty$ and W/D/l/$\infty$ queueing systems on a single processor and multiple processors.

출력 버퍼형 $a{\times}b$스위치로 구성된 Fat-tree 망의 성능 분석

신태지,양명국 한국정보과학회 2003 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.30 No.4

본 논문에서는, $a{\times}b$ 출력 버퍼 스위치로 구성된 fat-tree 망의 성능 예측 모형을 제안하고, 스위치에 장착된 버퍼의 개수 증가에 따른 성능 향상 추이를 분석하였다. Buffered 스위치 기법은 스위치 네트웍 내부의 데이타 충돌 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 방법으로 널리 알려져 있다. 제안한 성능 예측 모형은 먼저 네트웍 내부 임의 스위치 입력 단에 유입되는 데이타 패킷이 스위치 내부에서 전송되는 유형을 확률적으로 분석하여 수립되었다. 제안한 모형은 스위치에 장착된 버퍼의 개수와 무관하게 출력 버퍼를 장착한 $a{\times}b$ 스위치의 성능, 즉 네트웍 성능 평가의 두 가지 주요 요소인 네트웍 정상상태 처리율(Steady state Throughput, ST)과 네트웍 지연시간(Network Delay)의 예측이 가능하다. 또한 모형의 이해를 도모하기 위하여 지능형 네트워크 트래픽 제어 및 중도 소실 패킷에 대한 다양한 처리 기능 등 최근 개발되는 스위치 네트워크의 부가기능을 배제하고 수식을 정리하였다. 그러나, 제안된 분석 모형은 이들 다양한 성능 향상 기술이 적용된 네트워크, 그리고 다양한 크기의 네트워크 성능분석에도 쉽게 적용이 가능하다. 제안한 수학적 성능 분석 연구의 실효성 검증을 위하여 병행된 시뮬레이션 결과는 상호 미세한 오차 범위 내에서 모형의 예측 데이타와 일치하는 결과를 보여 분석 모형의 타당성을 입증하였다. In this paper, a performance evaluation model of the Fat-tree Network with the multiple-buffered crossbar switches is proposed and examined. Buffered switch technique is well known to solve the data collision problem of the switch network. The proposed evaluation model is developed by investigating the transfer patterns of data packets in a switch with output-buffers. Two important parameters of the network performance, throughput and delay, are then evaluated. The proposed model takes simple and primitive switch networks, i.e., no flow control and drop packet, to demonstrate analysis procedures clearly. It, however, can not only be applied to any other complicate modern switch networks that have intelligent flow control but also estimate the performance of any size networks with multiple-buffered switches. To validate the proposed analysis model, the simulation is carried out on the various sizes of Fat-tree networks that uses the multiple buffered crossbar switches. Less than 2% differences between analysis and simulation results are observed.

버퍼를 장착한 스위치로 구성된 네트워크들의 성능분석

신태지(Tae-zi Shin),남창우(Chang-woo Nam),양명국(Myung-kook Yang) 한국정보과학회 2007 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.34 No.3

본 논문은 출력 버퍼를 장착한 크로스바 스위치로 구성된 다양한 네트워크들의 성능 예측 모형을 제안하고, 스위치에 장착된 버퍼의 개수 증가에 따른 성능 향상 추이를 분석하였다. 스위치 내부에 버퍼를 장착하는 기법은 네트워크 내부의 데이타 충돌 문제를 효과적으로 해결하고, 네트워크 성능 및 신뢰도를 높이는 방법으로 널리 알려져 있다. 또한, 크로스바 스위치를 이용하여 네트워크를 구성할 경우 네트워크 내부의 스위치들 간의 연결 형태 그리고, 각 스위치 내부의 데이타 이동 패턴에 따라 네트워크 특성이 결정된다. 본 논문에서는 크로스바 스위치로 구성된 세 가지 서로 다른 형태의 네트워크 : 다단 연결망(MIN), Fat-tree 망, 그리고 일반 통신망 등의 성능 분석모형을 제안하였다. 제안한 분석 모형은 네트워크 내부 스위치에 장착된 버퍼의 개수와 무관하게 네트워크 성능 평가의 두가지 주요 요소인 네트워크 정상상태 처리율(Normalized Throughput, NT)과 네트워크 지연시간을 예측한다. 제안한 수학적 성능 분석 연구의 실효성을 검증하기 위하여 병행된 시뮬레이션 결과는 상호 미세한 오차 범위 내에서 모형의 예측 데이타와 일치하는 결과를 보여 분석 모형의 타당성을 입증하였다. 또한 분석 결과 네트워크 내부 스위치에 많은 버퍼를 장착 할수록 상대적으로 정상상태 처리율의 증가율은 감소하고, 네트워크 지연시간은 증가하는 것으로 나타났다. In this paper, a performance evaluation model of Networks with the multiple-buffered crossbar switches is proposed and examined. Buffered switch technique is well known to solve the data collision problem of the switch networks. The characteristic of a network with crossbar switches is determined by both the connection pattern of the switches and the limitation of data flow in a each switch. In this thesis, the evaluation models of three different networks : Multistage interconnection network, Fat-tree network, and other ordinary communication network are developed. The proposed evaluation model is developed by investigating the transfer patterns of data packets in a switch with output-buffers. Two important parameters of the network performance, throughput and delay, are evaluated. The proposed model takes simple and primitive switch networks, i.e., no flow control and drop packet, to demonstrate analysis procedures clearly. It, however, can not only be applied to any other complicate modern switch networks that have intelligent flow control but also estimate the performance of any size networks with multiple-buffered switches. To validate the proposed analysis model, the simulation is carried out on the various sizes of networks that uses the multiple buffered crossbar switches. It is shown that both the analysis and the simulation results match closely. It is also observed that the increasing rate of Normalized Throughput is reduced and the Network Delay is getting bigger as the buffer size increased.