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Multi-objective Optimal Design of Low Noise Launch Pad using Empirical Method with Genetic Algorithm
경험적 방법과 진화알고리즘을 이용한 저소음 발사대의 다목적 최적설계

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Authors
박서룡
Advisor
이수갑
Issue Date
2019-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
Acoustic Loads PredictionEmpirical MethodAdditional PhysicsMulti-objective OptimizationLow Noise Launch Pad
Description
학위논문(박사)--서울대학교 대학원 :공과대학 기계항공공학부,2019. 8. 이수갑.
Abstract
The acoustic loads are intense acoustic waves generated by the supersonic jet plume of launch vehicle during a lift-off. They can be sources of vibration and deteriorate the external devices like antenna panels or internal electronic components. Thus, it is important to predict the acoustic loads and acoustic environment around the launch vehicle during a lift-off.
There are two representative acoustic loads prediction methods, numerical and empirical method. Since the cost of predicting the acoustic environment around the launch vehicle is very expensive, many studies have been done based on the empirical method. The most representative empirical prediction method is called distributed source method(DSM) developed by NASA SP-8072. But this method is based on free jet data, there are disadvantages that some physical phenomena cannot be considered. In this dissertation, the improved empirical prediction methods are developed to consider some physical phenomena that occur in real condition but are not considered in original method.
Meanwhile, as the recent launch environment has been diversified, many studies are under way for low noise launch pad. In addition, it is emphasized that the low noise launch pad also needs to consider additional requirements such as impact force on the launch pad and the construction cost. Many studies related to this optimized low noise launch pad were carried out mainly based on numerical method with63 high cost. But in this dissertation, the prediction was performed by the improved empirical method. To do this we have introduced some methods to the empirical method, 1) NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) which is a method that can simulate curved launch pad shape freely and 2) NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II) which is a multi-objective genetic algorithm. Then we examined the accuracy and efficiency of the results of the empirical approach about the multi-objective optimal design of low noise launch pad.
음향하중은 우주발사체 발사시에 초음속 제트화염에 의해 발생하는 강한 음향파로서 우주발사체 진동에 원인이 되며 안테나 패널이나 내부 전자장치의 성능을 악화시킬 수 있다. 따라서 발사체 주변의 음향환경을 미리 예측하는 것은 중요하다.
음향하중을 예측하는 데에는 대표적으로 2가지 방법은 수치적 방법과 경험적 방법이다. 수치적 방법을 이용하여 발사체 주변 음향환경을 예측하는 데에 드는 비용은 매우 크기 때문에, 많은 연구들이 경험적 방법을 기반으로 이루어져왔다. 가장 대표적인 경험적 예측 방법은 소음원분포기법(DSM)으로서 NASA SP-8072 보고서를 통해 개발되었다. 하지만 이 방법은 자유제트 실험 데이터를 기반으로 하기 때문에 몇몇 물리적 현상을 고려하기 어렵다는 한계가 있다. 본 학위논문에서는, 개선된 경험적 방법을 개발하여 기존의 경험적 방법에서 고려하지 못하는 물리현상을 추가적으로 고려함으로서 실제 발사 환경에 형성되는 음향 환경을 더욱 정확히 예측하는 것을 목표로 한다.
한편 최근 발사체 발사 환경이 다변화됨에 따라 저소음 발사대에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 또한 저소음 발사대는 소음 측면뿐만 아니라 발사대에 대한 충돌힘 및 발사대 건설 비용 등 추가적인 요구조건을 고려할 필요가 있다. 이러한 저소음 발사대의 최적설계 연구는 주로 수치적 방법을 기반으로 수행되었는데, 이때 계산 비용이 아주 많이 수반되었다. 하지만 본 학위논문에서는 저소음 발사대의 최적설계 연구를 경험적 기반으로 수행하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 경험적 방법에 몇 가지 방법을 추가로 도입하였다. 1) 곡선형 발사대 형상을 자유롭게 시뮬레이션 할 수 있는 방법인 NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)와 2) 다목적 최적설계 알고리즘인 NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II) 이다. 이러한 방법을 경험적 방법에 적용한 후에 우리는 저소음 발사대의 다목적 최적 설계 연구에 대한 경험적 방법의 활용 결과를 정확성과 효율성 측면에서 살펴본다.
Language
eng
URI
http://hdl.handle.net/10371/161907

http://dcollection.snu.ac.kr/common/orgView/000000157000
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Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Mechanical Aerospace Engineering (기계항공공학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._기계항공공학부)
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