재진입 캡슐용 열보호 시스템의 열분해 및 삭마 거동 분석 (Analysis of Pyrolysis and Ablation Behavior in TPS for Reentry Capsule)

서지정보

· 발행기관 : 한국항공우주학회
· 수록지 정보 : 한국항공우주학회지 / 52권 / 3호 / 175 ~ 182페이지
· 저자명 : 박예린, 원보영, 한나라, 신의섭

초록

본 논문에서는 열보호 시스템과 하부 구조체로 구성된 재진입 캡슐의 초기 형상을 설계하였으며, 재진입 시 배터리와 GPS 안테나 등 전자 부품의 운용 온도를 고려하여 하부 구조체의 온도 요구 조건을 333 K 이하로 설정하였다. 경계 조건으로 재진입 비행 궤도에 따라 최대 12.4 MW/m2의 열유속을 부여하였으며, 재진입 캡슐의 전체 온도 분포와 함께 열보호 시스템의 열분해 및 삭마 거동을 분석하였다. 표면 온도는 최대 3,227 K까지 상승하였으며 열화학적 삭마로 인해 7.412 mm의 표면 침식이 발생하였으나 하부 구조체는 온도 요구 조건을 충분히 만족하였다. 이와 같은 결과는 예비 설계 관점에서 열보호 시스템의 두께 마진을 감소시켜 추가 경량화할 수 있음을 의미한다. 이를 통해 다양한 삭마 재료를 적용하고 신뢰성 있는 재진입 캡슐을 설계하기 위한 해석 절차를 확립하였다.

영어초록

The initial configuration of a reentry capsule composed of thermal protection system (TPS) and substructure was designed. The temperature requirement of the substructure was set below 333 K, considering the operating temperature of electronic equipment such as batteries and GPS antennas during reentry. A maximum heat flux of 12.4 MW/m2 was applied as a boundary condition. Furthermore, the overall temperature distribution of the reentry capsule and the pyrolysis and ablation behavior of the TPS were analyzed. The surface temperature increased up to 3,227 K, and the surface recession of 7.412 mm occurred due to thermochemical ablation, but the substructure met the temperature requirements. These results imply that the thickness margin of the TPS can be reduced in the preliminary design phase, enabling further lightweighting. In conclusion, the analysis procedures were established to apply various ablative materials and design the reliable reentry capsule.

참고자료

· 없음