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문제 정의
- 본 논문에서는 개발 중인 다목적 실용위성 모듈 중 하나인 추진시스템의 STM 설계/해석 및 제작에 대해 기술하였다.
가설 설정
- 하였다. 각 모듈들은 간단하게 집중 질량으로 가정하였으며, 강성보 (Rigid Beam) 요소를 이용해 브라켓과 집중 질량을 연결하였다.
제안 방법
- 열해석 결과 중 대표적인 예로 그림 8(a)에 래칭밸브 모듈의 형상과열해석에 관련된 노드들이 도시 되어 있으며, 균일 최 악저온 조건에서 전압이 25V일 때 주히터 회로가 작동된 경우 시간에 따른 각 노드의 온도 변화를 제시하였다. 그림 8(b)에서 보이듯이 써모스탯 작동에 의힌-.
- 래칭밸브는 두 개의 독립코일을 이용해 밸브를 개폐하며, 영구자석에 의한 밸브 위치 잠금 기능을 통해 밸브를 개폐시키는 순간에 만 전력공급을 소요하고 그 이후에는 전력의 연속적인 공급 없이도 마지막 명령 상태를 유지하도록 설계되었다. 압력변환기는 0〜400psi의 추진제 압력범위에서 。〜5V의 직류전압을 출력하며, 필터는 적재된 추진제량에 대해 6배 이상의 추진제를 여과할 수 있는 15마이크론의 여과율을 갖도록 설계되었다. 추진시스템에 대한 환경시험 요구 조건은 발사체 관련 자료 및 위성구조체의 해석을 통 해 결정되는데, 진동에너지는 10.
- 또한 STM용 추진시스템 제작을 통해 FM의 설계 및 해석 결과의 타당성을 확인하였고 더불어 제작/조립공정에 대한 실연 및 검증을 수행할 수 있었다. 한편, 일부 개선이 필요한 사항들은 보완을 거쳐 FM 상세 설계에 반영함으로써 최종 설계의 신뢰도 및 완성도를 향상시켰다.
- 또한 추진제 유동 및 열제어 효율을 고려하여 필터/압력 변환기 모듈과 래칭밸브 모듈을 배치하였다.
- 9N이며, 공칭비추력 (Specific Impulse)은 주입 압력 범위에서 201〜221sec이다. 래칭밸브는 두 개의 독립코일을 이용해 밸브를 개폐하며, 영구자석에 의한 밸브 위치 잠금 기능을 통해 밸브를 개폐시키는 순간에 만 전력공급을 소요하고 그 이후에는 전력의 연속적인 공급 없이도 마지막 명령 상태를 유지하도록 설계되었다. 압력변환기는 0〜400psi의 추진제 압력범위에서 。〜5V의 직류전압을 출력하며, 필터는 적재된 추진제량에 대해 6배 이상의 추진제를 여과할 수 있는 15마이크론의 여과율을 갖도록 설계되었다.
- 각. 모듈과 배관에는 히터를 포함한 열 제어부품을 부착됨으로써 우주공간 추진 제가 동결되지 않도록 하였다.
- 본 추진시스템은 조립의 편리성과 설계변경 의용 이성을 위해 이중 추력기 모듈(DTM)」래칭밸브모듈(IVM), 필터 /압력변환기 모듈(FXM) 및 충전 /배출 .모듈(FDM) 등으로 설계 및 구성된다.
- 히터회로가 작동하지 않을 경우를 대비해 2 개의 주와 잉여히터를 병렬 연결함으로써 추진제의 동결방지 및 관련 부품들의 작동에 차질이 없도록 설계를 수행하였다 추진계 부품 주위의열환경이 가장 최악의 저온 상태 조건인 균일 최악 저온 조건에서 각 부품의 히터회로가. 열 설계 요구 조건을 만족하는지를 예즉하기 위해 본 열해석을수행하였으며, 최악 예상 전압으로는 25V를 취했디-. 해석툴로는 TAS를 사용했으며, 각 모듈은 유한 요소 모델 (Finite Element Model) 을 이용흐!] 비직교 좌표계 상에서 다수의 노드로 구성된 3차원 형상으로 모델링 되었다.
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그림 5. 추력기 배치 형상 및 위치
위성시스템의 요구조건에 따라 추력기를 배치하였고, 추진제 및 가압제의 주입과 배출이 용이하도록 플랫폼 가장자리에 충전/배출 모듈을 장착하였다
. 또한 추진제 유동 및 열제어 효율을 고려하여 필터/압력 변환기 모듈과 래칭밸브 모듈을 배치하였다. - 온도의주기적 변화가 앞서 서술한 열 설계 요구 조건을 잘 충족시키고 있음을 알 수 있다. 이 해석 결과를 STM의 열진공 및 열평형 시험 결과와 비교함으로써 최종 FM의 열 설계를 보완하였다.
- 방지하기 위해 304L CRES 관을 사용했다. 이때, 배관 벤딩 시 주름, 파열 등의 손상을 입지 않도록 벤딩 반경과 각도를 결정하였으며, 배관 회전에 따른 비틀림을 방지하기 위해 가급적 동일 평면에서 벤딩을 수행하도록 설계하였다. 추진제 배관용 접시 용접 헤드의 작업공간 확보와 열적 차단을 위해 플랫폼과 배관 사이에 일정 간격을 유지시켰으며, .
- 이와 같은 열 설계 요구 조건을 만족하기 위한 능동 열제어(Active Thermal Control) 방법으로 각 부품에 적절한 용량의 히터와 써모스탯을 이용해 히터회로를 구성함으로써 온도를 제어하였다. 히터회로가 작동하지 않을 경우를 대비해 2 개의 주와 잉여히터를 병렬 연결함으로써 추진제의 동결방지 및 관련 부품들의 작동에 차질이 없도록 설계를 수행하였다 추진계 부품 주위의열환경이 가장 최악의 저온 상태 조건인 균일 최악 저온 조건에서 각 부품의 히터회로가.
- 응답속도 차이를. 최소화하도록 유로형상을 설계하였으며, 조립/시험시의 작업공간 확보 등을 고려하였다. 완성된 유로 형상에 대해 추진제 유동해석을 수행한 결과 각 추력기 간의 응답 시간은.
- 압력변환기는 0〜400psi의 추진제 압력범위에서 。〜5V의 직류전압을 출력하며, 필터는 적재된 추진제량에 대해 6배 이상의 추진제를 여과할 수 있는 15마이크론의 여과율을 갖도록 설계되었다. 추진시스템에 대한 환경시험 요구 조건은 발사체 관련 자료 및 위성구조체의 해석을 통 해 결정되는데, 진동에너지는 10.0 grms으로, 충격은 최대 2750g로 예측되었다 ’ 따라서 최소한 이 조건들을 견디어 낼 수 있는 구성품들을 선정하여 시스템을 설계하였으며, 이때 추진시스템에 적용되는 Acceptance Level의 진동, 충격 조건들은 그림 3 및 그림 4와 같다.
- 이때, 배관 벤딩 시 주름, 파열 등의 손상을 입지 않도록 벤딩 반경과 각도를 결정하였으며, 배관 회전에 따른 비틀림을 방지하기 위해 가급적 동일 평면에서 벤딩을 수행하도록 설계하였다. 추진제 배관용 접시 용접 헤드의 작업공간 확보와 열적 차단을 위해 플랫폼과 배관 사이에 일정 간격을 유지시켰으며, .효과적인 구조적 지지를 위해 배관을 브라켓과 클램프를 이용하여 플랫폼에 고정하였디-.
- 추진제 탱크의 중요한 설계 요인은 추진제 배 줄 효율과 배출능력으로 본 탱크는 99% 이상의 배출효율을 가지며, 능동배출형 격막에 의해 역 가속 상황에서도 효율적인 추진제 배출이 가능하도록 설계되었다. 추력기의 추력은 추진제 주입압력의 함수로서 연속 상태 공칭추력은 400psi에서 4.
- 추진제 배관용 접시 용접 헤드의 작업공간 확보와 열적 차단을 위해 플랫폼과 배관 사이에 일정 간격을 유지시켰으며, .효과적인 구조적 지지를 위해 배관을 브라켓과 클램프를 이용하여 플랫폼에 고정하였디-. 배관에 의한 추진제 압력 강하 및 그로 인한 추력 기간의「추력과.
- 히터회로가 작동하지 않을 경우를 대비해 2 개의 주와 잉여히터를 병렬 연결함으로써 추진제의 동결방지 및 관련 부품들의 작동에 차질이 없도록 설계를 수행하였다 추진계 부품 주위의열환경이 가장 최악의 저온 상태 조건인 균일 최악 저온 조건에서 각 부품의 히터회로가. 열 설계 요구 조건을 만족하는지를 예즉하기 위해 본 열해석을수행하였으며, 최악 예상 전압으로는 25V를 취했디-.
대상 데이터
- 방지하기 위해 304L CRES 관을 사용했다. 이때, 배관 벤딩 시 주름, 파열 등의 손상을 입지 않도록 벤딩 반경과 각도를 결정하였으며, 배관 회전에 따른 비틀림을 방지하기 위해 가급적 동일 평면에서 벤딩을 수행하도록 설계하였다.
- 추진제 탱크는 티타늄 구형 탱크로서 내부 격막을 경계로 추진제와 가압제가 적재되며, .이때 가압제의 압력으로 격막을 밀어서 연료를 공급하는 방식이다.
이론/모형
- 의미한다. 실제 열해석은 열평형식 ⑴을유한차분법 (Finite Difference Method)을 사용하여 반복 계산을 수행함으로써 온도 응답을 구했다.
- 위성의 발사 동안 브라켓에 작용할 체적력(가속도)은 식(4)의 Mile's equation으로부터 구했다. 이때 .
- 해석툴은 I-DEAS를 이용했으며 모든 모듈 브라켓은 선형의 얇은 쉘(Thin Shell)로 유한요소모델링을 하였다. 각 모듈들은 간단하게 집중 질량으로 가정하였으며, 강성보 (Rigid Beam) 요소를 이용해 브라켓과 집중 질량을 연결하였다.
성능/효과
- 전체적인 해석 결과 각 모듈 브라켓의 1차 고유진동수는 125Hz 이상, 328Hz이하로서 100Hz 보다 크게 분포하며, 안전. 여유값들도 모두。보다 큰 값을 나타냄을 알 수 있다.
- 수 있었다. 한편, 일부 개선이 필요한 사항들은 보완을 거쳐 FM 상세 설계에 반영함으로써 최종 설계의 신뢰도 및 완성도를 향상시켰다.
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