불확실성을 고려한 우주 발사체 시스템 설계 최적화 기법 및 통합 프로세스 연구 :Uncertainty System Design Optimization and Integrated Analysis Method for Space Launch Vehicle

조성준

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자료유형: 학위논문

저자정보: 조성준 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수: 이재우

발행연도: 2016

저작권: 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수14

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2016

불확실성을 고려한 우주 발사체 시스템 설계 최적화 기법 및 통합 프로세스 연구

조성준 항공우주정보시스템공 2016.01 학위논문

2015

우주 발사체 3차원 궤적 최적화 및 프레임워크 개발

조성준 , 서정일 , Aye Aye Maw 외 2명 한국추진공학회 학술대회논문집 2015.05 학술대회자료

2014

우주발사체 시스템 설계를 위한 3자유도 궤적 최적화 연구

조성준 , 서정일 , 김진욱 외 3명 한국항공우주학회 학술발표회 초록집 2014.04 학술대회자료

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본 연구에서는 시스템 엔지니어링을 기반으로 우주 발사체 요구도 분석, 임무설계, 시스템 설계를 정립하여 통합 설계할 수 있는 프로세스를 정립하였다.
요구도 분석 과정에서는 기존의 발사체를 데이터베이스화한 자료를 통하여 설계 초기치와 요구도를 추정한다.
임무 설계 프로그램의 결과를 바탕으로, 시스템설계 단계에서는 추진, 공력, 구조&하중, 중량 추정 등의 각 단위별 해석을 계산하여 세부 계통에 관한 최적 설계를 진행한다.
최종 단계에서는 설계된 발사체를 3자유도 궤적 시뮬레이션을 통해 임무를 수행할 수 있는지 확인한다. 이외에 캐드 프로그램인 카티아(CATIA V5)를 이용하여 GUI(Graphic User Interface) 기반의 자동 형상설계 프로그램을 개발하여 설계 결과를 바탕으로 쉽고 빠르게 3D 형상을 도출 할 수 있는 코드를 개발하였다.
또한 결정론적 최적 설계 기법인 SQP 방법과 더불어 실제 설계 관점에서 반영 될 수 있는 불확실성 변수들과 파라미터들을 고려하는 최적 설계 방법인 PBDO(Possibility Based Design Optimization)를 수행하여 두 결과를 비교·고찰하였다.
Falcon 9과 Cyclone3를 통하여 코드의 적합성을 검증하였고, 현재 우리나라 항공우주연구원의 주도 하에 개발 중인 한국형 발사체(KSLV-II)의 제원을 통해 설계를 진행하여 그 결과를 산출하고, 결정론적 최적화와 불확실성을 고려한 최적화의 결과를 비교하였다.

제1장 서 론 1
제1절 연구 배경 1
제2절 우주 발사체 설계 프로세스 3
제3절 연구 목표 5
제2장 우주 발사체 통합 프로세스 6
제1절 통합 프로세스 구축 6
제2절 요구도 분석 8
1. 데이터베이스 및 요구도 분석 8
제3절 임무 설계 프로세스 12
1. 임무 설계 12
제4절 시스템 설계 프로세스 14
1. 시스템 설계(세부계통) 14
2. 시스템 설계(세부계통) 단위 모듈 15
3. 최적화 문제 구성 50
제5절 궤적 최적화 시뮬레이션 53
1. 코드 개요 53
2. 단위 별 해석 모듈 54
3. 해석 및 검증 62
제3장 발사체 자동 형상 설계 프로그램 및 정적 구조 해석 72
제1절 자동 형상 설계 프로그램 개요도 72
제2절 형상 설계 예시 73
제3절 카티아를 이용한 구조해석 78
제4장 검증 및 결과 도출 80
제1절 통합 프로세스 검증 80
1. 검증 1 : Cyclone 3 80
2. 검증 2 : Falcon 9 83
제2절 발사체 통합설계 결과 도출 (KSLV-II) 85
제5장 불확실성을 고려한 최적설계 기법 93
제1절 불확실성을 고려한 최적 설계(PBDO) 개요 93
제2절 in-house PBDO 95
제3절 PBDO를 적용한 발사체 설계 98
제6장 결 론 103
참고문헌 105
Appendix 109
Nomenclature 117
ABSTRACT 122

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