로켓(rocket)의 기본 이론

소개글

로켓(rocket)의 기본 이론에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.로켓 추진의 기본원리

2. 로켓 추진의 종류와 특성
[화학로켓]
[1] 고체추진제 로켓모터 (SRM; Solid-propellant Rocket Motor)
[2]액체추진제 로켓엔진(LRE; Liquid-propellantRocket Engine)
[3]혼합형 로켓엔진
[ 비화학 로켓 ]
(1)전기추진 시스템
(2) 핵에너지 로켓
(3) 빔에너지 가열 로켓

3. 구성요소의 특성 및 설계
(1) 무게 해석
(2) 공력해석
(3) 추진제 및 추진기관
(4) 회수장치

본문내용

력 F를 연소시간 t에 대하여 적분하여 구한다. 일반적으로 시스템의 요구에 따라 일정한 추력-시간 곡선을 얻는 것이 중요하다. 또한, 추력은 연소실 압력에 비례하므로 엔진 작동 시 최대 연소실 압력이 유지되도록 설계를 한다. 단면 연소실은 저 추력을 내며, 추력을 일정하게 내는 것이 특징이고, 연소 속도가 큰 추진제에 적합하다.
동심형은 고 추력과 추력상승이 특징이다. 별형은 고 추력과 일정한 추력을 얻는 그레인이므로 현재 많이 사용하고 있지만 제작과정에 어려움이 많다.
(4) 회수장치
로켓 상단부에 있는 운반하중(payload)을 회수하는 방법에는 지상회수와 해상회수가 있다.
*** 지상회수: 주낙하산과 보조낙하산 및 운반하중의 위치를 알려주는 전자장비 및 수신 장비를 이용하여 지상에서 회수하는 방법이다.
이 방법은 정확한 낙하지점을 예측 또는 유도 제어 장비가 설치되어 있는 경우에 유리하다.
*** 해상회수: 지상회수 장비와 Floating bag, 이산화탄소, 염분 검출기를 이용한 스위치 등으로 해상에서 회수하는 방법이다. 안전성 및 비용을 고려해서 일반적으로 이 방법을 많이 채택하고 있다.
① 로켓에 장착되는 각종 장비
* UHF DF, VHF DF, Radio beacon, LORAN-C송수신기 : 운반하중의 낙하위치 및 부유물의 위치를 알려주는 신호 발생기이다.
* 안테나, Telemetry전송기, Transponder:신호 발생기의 신호를 송수신 할 장비이다.
주낙하산과 보조낙하산: 공력에 의한 열의 발생으로 인한 운반하중의 손상 및 해수면에 착지시 충격을 완화시킬 감속장비이다.
* Floating bag,이산화탄소 가스, Seawater switch:해상에 운반하중이 떨어졌을 때 물위에 뜨게 할 장비이다.
*가속도계, 기압계, 고도계, 온도계: 로켓의 고도, 가속도, 온도를 측정하는 장비이다.
*관성 스위치(Electronic sequence timer), Separation nute or Explosive bolts) 로켓의 단 분리 시 필요한 장비이다.
* Dyemaker, Strobe light:운반하중의 위치 추적을 돕는 장비이다.
② 회수선에 있는 장비
* UHF DF, VHF DF, Radio beacon, LORAN-C
부유물의 위치정보를 주는 장비이다
* Data processor
수신기로 수신한 위치 정보를 경도 및 위도 좌표계로 변환시켜 주고, 부유물과 배 사이의 위치벡터를 계산하는 장비이다.
* Display unit:부유물의 위치 및 배의 추적 경로를 xy-plotter상에 나타내어 주는 장비이다.
*** 낙하산 ***
낙하산은 고고도에서 탐재물(payload) 을 회수하거나, 인간이 우주비행에서 무사히 귀환하는데 있어서 없어서는 안될 중요한 장비이다.
낙하산은 1514년 레오나드 다빈치의 공력 감소장치 제작이 최초의 낙하산제작으로 기록되어 있다.
(1) 낙하산의 용도
낙하산의 용도는 실험 후 부하물의 회수, 로켓으로부터의 탑재물 회수, 비행기의 착륙 시 감속, 탑재물의 궤도 수정, 경주용차의 감속, 우주선의 달 착륙, 비행기로부터 수화물의 회수, 안테나선의 안정화 등등 용도가 매우 다양하다.
(2) 낙하산의 종류 및 특성
1) 낙하산 종류
① 리본(ribbon)낙하산: 리본 낙하산은 1930년대 후반 독일의 Theodore Knache와 G.M adelung에 의해서 최초로 만들어졌다. 이 낙하산은 비행체의 착륙시 감속, 비행체의 궤도 조정기에 많이 사용된다. 사용 가능한 동압은 최대 5,700 lb/ft2이고 낮은 아음속에서 마하2 또는 3정도인 비행체의 회수에 사용가능하다.
② Guide surface canopy낙하산: 이 낙하산은 high-opening선회도 때문에 조종사 또는 사출 낙하산으로 가장 많이 사용된다.
③ Solid canopy낙하산: 제작비용이 적게 들고 가볍기 때문에 화물(Cargo)의 회수와 사람이 고공에서 낙하할 때 가장 많이 사용되고 있다. 이 낙하산은 낮은 아음속에서 적합하지만 진동이 20도- 30도 정도이기 때문에 불안정하다.
④ Ring-sail낙하산: 이 낙하산은 무게가 가볍고 Slow inflation rate(Loweropening load)이다. Solid canopy보다 안정성이 있기 때문에 미국의 모든 유인궤도, 비행체와우주선에 사용되고 있다.
⑤ Ring-slot canopy:이 낙하산은 Solid canopy보다 안정하고 제작비가 리본 낙하산에 비해 적게 든다. 이 낙하산은 화물수송, 비행기 착륙 시 감속에 사용되며 보통의 아음속에 적합하다.
⑥ Hyperflo낙하산: 마하수 4에서 사용가능하며 공력가열에 의한 단열 재료로 실리콘을 코팅한 유리 섬유를 사용하여 제작비용이 적게 든다.
2) 낙하산의 원리
낙하산에서 발생하는 항력 Dp가 로켓의 총무게 Wr과 같게 되어야 등속도 Vp로 낙하하게 된다. 낙하속도 Vp를 더 작게 하려면, 낙하산의 하부 단면적 AP를 더 넓게 만들어야 한다.
(5)지상 시험
우주 추진 기관의 모든 부품은 생산 시 규정된 절차를 거쳐서 작동의 이상 유무를 확인하는 시험을 거친다. 그러나 이들 부품들이 결합되어 추진기관으로써 제대로 작동하는지를 알아보기 위해서는 시험을 해봐야 한다. 우주 추진 기관은 특별한 경우를 제외하고는 실제 비행 상태를 시험하기가 어렵거나 불편하기 때문에, 지상에서 비행 환경에 가까운 조건하에서 시험을 한다.
우주 비행 중에 발생하는 우주환경을 지상에서 재현하기 위해서는 낮은 대기압, 중력의 변화, 극심한 열 환경 등을 실제 상황에 가깝게 유지해줘야 하는데, 이들을 지상에서 동시에 재현한다는 것은 현실적으로 불가능하다. 그러므로 이들의 환경 조건을 따로따로 나눠서 시험을 할 수 밖에 없다. 지상 발사 시험대는 고체 로켓(SRM)인 경우, 발사방향은 별 문제가 되지 않지만, 액체추진제 로켓은 추진제가 액체 상태이기 때문에 중력의 영향을 받는다. 그러므로 액체추진제 로켓은 대개 지상에 수직으로 장착해서 실험을 한다. 또한, 로켓이 대형화 되면서 노즐에서 분사되는 거대한 플룸(plume) 때문에 수평 발사에는 적당치 않다.

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