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가설 설정
- 본 해석에서는 비례감쇠를 이용하여 감쇠를 모델링 하였다. 감쇠는 테잎 힌지의 좌굴영역 이내에서만 작용한다고 가정하였다. 감쇠값은 이전의 태양전지판의 개발시 사용하였던 값을 사용하였다.
제안 방법
- 같다. 긴 빔의 끝단에는 테잎 힌지가 장착되어 있으며, 다른 끝 쪽단에서 하중을 가하여, 각도별 테잎힌지에 가해지는 하중을 측정하였다. 좌굴시험의 경우에는, 좌굴이 일어날 때까지 힌지 각도를 조금씩 증가시키면서 하중을 측정한 후, 빔 끝단 사이의 거리를 곱하여 좌굴 토크을 계산하였다.
- 즉, 강체로 모델링 하는 경우가 좀 더 가혹한 해석 결과를 보여주였다. 따라서, 본 해석에서는 태양전지판을 강체로 모델링하여 전개해석을 수행하였다. 또한, 태양전지판이 장착되는 위성체의 경우에도 역시 강체로 모델링 하였다.
- 이 두구간은 그 특성이 매우 다르기 때문에 별도의 시험으로 측정되어야 한다. 따라서, 테잎 힌지의 좌굴시험 및 토크-각도 시험, 2 가지로 구분하여 시험을 수행하였다. 좌굴시험 및 토크-각도 시험 시에는 동일한 치구를 사용하였으며, 각각의 목적에 맞게 시험 치구의 형상을 변경하였다.
- 따라서, 힌지 특성을 파악하기 위한 시험 치구를 제작한 후, 이를 이용하여 직접 힌지 특성 시험을 수행하였다.
- 전개해석 결과, 태양전지판의 전개 거동은 이상이 없었음을 알 수 있었고, 태양전지 패널간의 테잎 힌지에 걸리는 하중을 계산해 본 결과, 역시 요구조건을 만족함을 알 수 있었다. 또한, 전개해석에 가장 큰 영향을 미치는테잎 힌지에 대하여 특성 시험을 수행하였으며, 이의 결과를 테잎 힌지 모델링시 반영하여 정확한 해석결과를 도출하도록 하였다.
- 따라서, 본 해석에서는 태양전지판을 강체로 모델링하여 전개해석을 수행하였다. 또한, 태양전지판이 장착되는 위성체의 경우에도 역시 강체로 모델링 하였다. 태양전지판 및 위성 본체의 강체 모델링시에는 질량, 무게 중심, 관성모멘트만을 적용하였다.
- 본 논문에서는 다몸체동역학 해석 프로그램인 Recurdyn 을 이용하여 인공위성 의 태양전지 판 전개해석을 수행하였다 [2]. 한편, 태양전지 판의 전개를 좌우하는 태양전지판 테잎 힌지의 경우, 힌지 특성 시험을 수행하여 그 결과를 태양전지판 전개해석에 적용하여 정확한 해석을 수행하도록 하였다.
- 이렇게 테잎 힌지가 전개가 되어 고정될 때, 테잎 힌지의 재료 특성 및 형상을 고려한 감쇠가 모델링 되어야 한다. 본 해석에서는 비례감쇠를 이용하여 감쇠를 모델링 하였다. 감쇠는 테잎 힌지의 좌굴영역 이내에서만 작용한다고 가정하였다.
- 토크-각도를 측정하기 위하여 좌굴시험과 마찬가지로 일정한 각도로 빔을 회전한 후, 빔 끝단에서의 하중을 측정하였다. 이때 측정된 하중과, 빔 끝단 사이의 거리를 이용하여, 각도당 토크값을 계산하였다. 2개의 테잎 힌지에 대한 토크-각도 시험 결과는 그림 5, 그림 6 과 같다.
- 서로 접촉이 되어 있다. 이를 모델링하기 위하여 태양전지 패널간의 거리가 초기 서로 접촉되어 있는 거리보다 작아질 경우, 인장 하중이 작용하도록 모델링 하였다. 이러한 모델링은 그림 11과 같이 태양전지판 윙당 상단 및 하단에 각각 4 개씩 적 용되었다.
- 태양전지 패널간은 테잎 힌지를 이용하여 연결되어 있다. 이전 태양전지판 개발 시 태양전지판을 유연체로 모델링 한 후 전개해석을 수행하였다. 해석 결과, 태양전지판을 강 체로 모델링 한 결과와 큰 차이가 없었으며, 단지 테잎힌지에 걸리는 하중이 강체보다는 유연체로 모델링 하였을 때가 더 적게 나옴을 알 수 있었다[3].
- 수행하였다. 전개해석을 통하여, 태양전지판의 전개 거동 및전개시 테잎 힌지에 부가되는 하중을 계산하여, 테잎 힌지가 안정한지를 알아보았다.
- 따라서, 테잎 힌지의 좌굴시험 및 토크-각도 시험, 2 가지로 구분하여 시험을 수행하였다. 좌굴시험 및 토크-각도 시험 시에는 동일한 치구를 사용하였으며, 각각의 목적에 맞게 시험 치구의 형상을 변경하였다. 태양전지판에 사용되는 테잎 힌지의 종류는 그림 2 와 같이 2 가지이며, 따라서, 테잎 힌지의 특성시험 또한 2 가지 형상에 대하여 수행하였다.
- 지금까지 다몸체동역학 해석프로그램을 이용한, 인공위성의 태양전지판 전개해석 모델링 방법에 대하여 알아보고, 이를 바탕으로 전개해석을 수행하였다. 전개해석 결과, 태양전지판의 전개 거동은 이상이 없었음을 알 수 있었고, 태양전지 패널간의 테잎 힌지에 걸리는 하중을 계산해 본 결과, 역시 요구조건을 만족함을 알 수 있었다.
- 태양전지 패널간을 연결하는 테잎 힌지는 한 방향으로만 회전이 가능한 회전 조인트 및 비선형회전 스프링으로 모델링하였다. 회전 조인트가 적용된 부위는 그림 12와 같이 한 윙당 4 개가 적용되었다.
- 태양전지 패널이 고정될 시, 테잎 힌지에 걸리는 하중을 계산하여 테잎 힌지의 안정성을 살펴보았다. 각도에 따른 일부 해석결과가 그림 16 에나 타나 있다.
- 또한, 태양전지판이 장착되는 위성체의 경우에도 역시 강체로 모델링 하였다. 태양전지판 및 위성 본체의 강체 모델링시에는 질량, 무게 중심, 관성모멘트만을 적용하였다.
- 좌굴시험 및 토크-각도 시험 시에는 동일한 치구를 사용하였으며, 각각의 목적에 맞게 시험 치구의 형상을 변경하였다. 태양전지판에 사용되는 테잎 힌지의 종류는 그림 2 와 같이 2 가지이며, 따라서, 테잎 힌지의 특성시험 또한 2 가지 형상에 대하여 수행하였다.
- 같다. 토크-각도를 측정하기 위하여 좌굴시험과 마찬가지로 일정한 각도로 빔을 회전한 후, 빔 끝단에서의 하중을 측정하였다. 이때 측정된 하중과, 빔 끝단 사이의 거리를 이용하여, 각도당 토크값을 계산하였다.
- 수행하였다 [2]. 한편, 태양전지 판의 전개를 좌우하는 태양전지판 테잎 힌지의 경우, 힌지 특성 시험을 수행하여 그 결과를 태양전지판 전개해석에 적용하여 정확한 해석을 수행하도록 하였다.
데이터처리
- 태양전지판의 전개해석은 다몸체 동역학해석프로그램인 Recurdyn 을 이용하여 수행하였다. 전개해석을 통하여, 태양전지판의 전개 거동 및전개시 테잎 힌지에 부가되는 하중을 계산하여, 테잎 힌지가 안정한지를 알아보았다.
성능/효과
- 각도에 따른 일부 해석결과가 그림 16 에나 타나 있다. 모든 테잎 힌지의 하중을 확인해 본 결과 대부분의 하중이 20lbf 이하로, 요구조건인 30lbf를 충분히 만족함을 알 수 있었다.
- 수행하였다. 전개해석 결과, 태양전지판의 전개 거동은 이상이 없었음을 알 수 있었고, 태양전지 패널간의 테잎 힌지에 걸리는 하중을 계산해 본 결과, 역시 요구조건을 만족함을 알 수 있었다. 또한, 전개해석에 가장 큰 영향을 미치는테잎 힌지에 대하여 특성 시험을 수행하였으며, 이의 결과를 테잎 힌지 모델링시 반영하여 정확한 해석결과를 도출하도록 하였다.
- 그림 14 에서는 하나의 윙이 전개될 때의 전개 거동을 나타내고 있다. 하나의 윙이 전개되고 나서, 반대쪽 윙이 전개될 때도 전개 거동은 거의 동일하게 나타남을 확인할 수 있었다. 한편, 시간에 따른 일부 태양전지 패널간의 각도 변화량은 그림 15 와 같다.
- 이전 태양전지판 개발 시 태양전지판을 유연체로 모델링 한 후 전개해석을 수행하였다. 해석 결과, 태양전지판을 강 체로 모델링 한 결과와 큰 차이가 없었으며, 단지 테잎힌지에 걸리는 하중이 강체보다는 유연체로 모델링 하였을 때가 더 적게 나옴을 알 수 있었다[3]. 즉, 강체로 모델링 하는 경우가 좀 더 가혹한 해석 결과를 보여주였다.
후속연구
- 이러한, 태양전지판의 전개 거동 결과를 바탕으로, 태양전지 판이 가장 안전하고 강건하게 전개될 수 있도록 태양전지판을 설계하여야 한다. 또한, 태양전지 판이 고정될 시 주요 부위에서의 하중 결과를 바탕으로, 태양전지판 전개의 핵심 부품인 테잎 힌지의 안정성을 평가하여야 하며, 만약 안정성에 문제가 있다면 적절한 설계 변경을 수행하여야 한다. [1].
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