극저온 공통격벽 추진제 탱크의 열-구조 연계 해석을 위한 모델링 방법 연구 (A Study on a Modeling Method for Thermal-Structural Coupled Analysis of Cryogenic Common Bulkhead Propellant Tanks)

서지정보

· 발행기관 : 한국항공우주학회
· 수록지 정보 : 한국항공우주학회지 / 51권 / 11호 / 761 ~ 767페이지
· 저자명 : 최동국, 이수용

초록

공통격벽 추진재 탱크는 산화제 탱크와 연료 탱크가 병합된 일체형 구조로써, 분리형 추진제 탱크에 비하여 구조 및 공간 효율이 좋다는 장점이 있다. 그러나 공통격벽 탱크는 산화재와 연료가 공통격벽으로 분리되어 있어 공통격벽을 통해 열전달이 발생하며, 공통격벽의 열전달은 탱크의 구조적 안전성이 저하되는 원인이 된다. 본 연구에서는 극저온의 액체수소/액체산소를 추진제로 사용하는 공통격벽 추진제 탱크의 좌굴 특성을 분석하였다. 공통격벽 탱크의 열 하중과 공통격벽의 폼코어 두께에 따른 좌굴 특성을 분석하기 위하여 열-구조 연계 해석을 수행하였다. 극저온의 추진제에 의한 탱크의 온도분포를 해석하기 위하여 열전달 해석을 수행하였다. 열 해석을 통해 얻은 온도분포를 탱크의 열 하중으로 적용하여 좌굴 해석을 수행하였다. 열-구조 해석 결과, 열 하중에 의해 공통격벽 탱크의 좌굴 하중 계수가 감소하였고, 최대 좌굴 하중 계수가 나타나는 폼코어의 두께가 감소하였다. 최종적으로 공통격벽 추진제 탱크의 설계 시 열 하중이 고려되어야 함을 확인하였다.

영어초록

Common bulkhead (CBH) propellant tanks have an integrated structure in which an oxidizer tank and a fuel tank are merged, and have advantage in that the structural and space efficiency are better than the separate type propellant tanks. However, in the CBH tanks, heat transfer occurs through the CBH because oxidizer and fuel are separated by the CBH. The heat transfer of the CBH is a causes of reducing the structural safety of the tank. In this study, the buckling characteristics of a CBH propellant tank containing cryogenic liquid hydrogen/liquid oxygen were analyzed. A thermal-structural analysis was performed to analyze the buckling characteristics according to the thermal load of the tank and the foam core thickness of the CBH. A heat transfer analysis was carried out to obtain the temperature distribution of the tank by the cryogenic propellant. As the results of thermal-structural analysis, the buckling load factors of the CBH tank were decreased due to thermal loads, and the foam core thickness with the maximum buckling load factor was decreased. Finally, it was confirmed that thermal loads should be considered in designing the common bulkhead propellant tanks.

참고자료

· 없음