This thesis covers a methodology to find a modeling for fluid motion using parameters optimization. The motion of a propellant can be divided by two motion according to the target model, one is the sloshing motion in gravity environment and the other is floating fluid motion in micro-gravity environment. And, the general method to model the propellant motion is composed of two methods. First calculates a huge amount of computation using CFD, second is alternative modeling method using fluid mechanics analysis obtained from very simple conditions. In case of the method using CFD directly, although it can model the fluid in a very high accuracy, it takes a very long computation time. The method using alternative modeling is focused on the computation time than the accuracy.
In order to compensate for it, in this thesis, the proper alternative modeling is calculated using param-eters optimization method. This method has small computational time and calculation load rather than CFD method and high accuracy than classical alternative modeling. For the method validation, three kind of situa-tions are assumed. Currently operating geostationary satellite is referred for weak sloshing environment. The environment of launch sequence about typical launch vehicle is applied for strong sloshing environment. At this time, three types of alternative modeling obtained from pendulum modeling are used. And, background environment of launch vehicle upper stage are mainly simulated for the fluid modeling in micro-gravity con-dition. The alternative modeling for this is related to potential field method. Eventually, optimal parameters are obtained using the modeling about each environments and parameters optimization in each environment. The performance validation is conducted through CFD data comparison.
본 논문에서는 변수 최적화 기법을 이용한 연료 움직임의 유체 모델링에 대한 방법론이 다루어진다. 연료의 움직임은 크게 두 가지로 나뉠 수 있으며, 모델링의 대상이 되는 기체의 움직임에 따라서 중력 상황에서 나타나는 슬로싱 운동과 무중력 상황에서 나타나는 떠다니는 유체 운동으로 구분된다. 그리고 이러한 유체의 모델링에 사용이 되는 일반적인 방식은 CFD를 직접 이용해서 방대한 양의 계산을 수행하는 방식과 매우 간단한 환경에 대해서 얻어진 유체 역학적 해석을 이용한 대체 모델 방식이 있다. CFD를 직접 이용하는 방식의 경우 높은 정확도로 유체를 모델링 할 수 있지만 매우 많은 계산 시간이 소비되며, 대체 모델을 이용한 방식은 매우 빠르게 계산 할 수 있지만 정확도를 보장하기 어렵다는 단점이 있다.
이를 보완하기 위해서, 본 논문에서는 변수 최적화를 이용한 방식을 적용하여 적절한 대체 모형의 변수를 계산하도록 한다. 이 방식은 기존의 CFD 방식보다 계산 시간 및 부하가 적으면서도 유체 역학적 해석을 통해 얻어진 대체 모델보다 더 높은 정확도를 제공 할 수 있다. 이에 대한 검증을 수행하고자 3가지 상황이 가정된다. 약한 슬로싱 환경을 위해서 실제 운용중인 정지궤도위성을 참고하고, 강한 슬로싱 환경을 모사하기 위해서 발사체가 발사 과정에서 겪는 환경이 적용된다. 그리고 이때 사용되는 대체 모형은 진자 모형을 기반으로 얻어진 3가지 대체 모형이 사용된다. 마지막으로 무중력 상황에서 나타나는 유체의 모델링을 수행하고자 발사체 상단이 주요한 배경 환경으로 설정되며, 대체 모델은 포텐셜 필드를 이용한 기법으로 구성된다. 각각의 환경을 나타내는 모델링과 변수 최적화를 이용하여 해당 환경에 맞는 모델링 변수가 도출 되며, CFD 데이터를 통한 성능 확인이 이뤄진다.
