2차원 탐사로켓의 최고고도를 위한 최적 분사조건 연구

Abstract

국문요약

로켓방정식은 비선형이므로 현재까지 해석적으로 적분이 되지 않는다. 최근 논문으로 1차원움직임에 대한 논문이 발표가 되었지만 2차원 움직임에 대한 해석은 아직까지 존재하지 않는다. 이 논문은 로켓 방정식을 2차원 해석적 접근으로 해석하는 것에 대한 논문이다.

본 논문은 1-D해석을 진행한 연구를 바탕으로 2-D해석을 하였으며 제원과 계수조건은 1-D논문과 상동하다. 이번 연구에서의 목표는 각도가 주어질 때 최고고도의 변화와 최적조건의 차이를 보기 위한 것이다. 로켓은 연직상방으로 쏘는 경우가 없다. 그러므로 반드시 2차원 해석이 필요하며 이 논문을 통하여 해석의 대한 비용을 절감시킬 수가 있다.

여기에 사용된 상용 프로그램은 MATLAB를 이용하여 해석을 진행하였다. 해석적 접근으로 유도된 식을 MATLAB를 통하여 계산 하였으며 1차원 해석 후 각도를 주고 로켓 질량비를 늘려가면서 얻은 데이터와 함께 비교분석하며 데이터를 검증하였다.

분석결과로서 각도가 주어지지 않았을 때와 주어졌을 때의 뚜렷한 결과를 보였으며 속도 파라미터 기준에서는 발사각이 증가할 때 마다 최고 고도의 상승, Burn-Out 상태에서 속도의 상승을 보였고, 컨트롤 파라미터 기준에서는 발사각이 증가할 때 마다 최고 고도의 상승, Burn-Out 상태에서 속도의 상승이 증가하고, 최적 분사조건을 결정짓는 추진제의 유량의 감소가 있었음을 확인했다.

이를 통하여 발사각이 주어질 때 해석적 접근으로 로켓의 거동을 확인 할 수 있었으며 최고고도의 변화와 최적 분사유량의 변화를 뚜렷하게 관찰 할 수 있었다.|Abstract

Since the rocket equation is non-linear, it cannot be analytically integrated until now. Recently, a paper on one-dimensional motion has been presented, but there is no analytic solution about two-dimensional motion yet. This paper is a paper on the interpretation of the rocket equation as a two-dimensional analytical approach.

In this paper, two-dimensional analysis is performed based on the one - dimensional analysis, and the specification and coefficient conditions are the same as one-dimensional analysis. The goal in this study is to see the difference between the highest altitude variation and the optimal condition given the angle. The rocket never launches vertically upward. Therefore, a two-dimensional analysis is necessary, and this paper can reduce the cost of the analysis.

MATLAB program is used in this study. The equation derived from the analytical approach was calculated by MATLAB and the data were verified by comparing and analyzing with the data obtained by increasing the rocket mass ratio with angle after one-dimensional analysis.

As a result of the analysis, there was a clear result when the angle was given or not. Both cases based on the velocity parameter and control parameter, the velocity of burn-out state and the highest altitude are increased and the mass flow rate which determines the optimal condition is decreased at every increase of the launch angle.

Through this, it was possible to confirm the behavior of the rocket when the analytic approach was carried out when the launch angle was given, and the changes of the maximum altitude and the optimal condition could be observed clearly.