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제안 방법
- 1. Structure of separation device using screw jack 제안하였다. 나사잭은 회전운동과 직선운동과의 상호변환 기능을 지니고 있어서 작은 회전모멘트로 축방향의 큰 힘을 얻을 수 있다.
- 분리장치는 위성과 분리체의 체결을 유지하며, 임무수행 전까지 분리장치에 전달되는 하중을 견뎌야 한다. 그러므로 분리장치가 안정적으로 어느 정도의 하중을 견딜 수 있는지 알아보기 위하여 준정적 하중실험을 수행하였다. 실험은 Fig.
- 고정부몸체와 분리부는 강구(ball bearing)에 의해서 체결이 되어 있으며, 이 강구는 고정부몸체 안에 있는 나사잭에 의해서 움직임이 제어 된다. 나사잭 중심에 있는 리드스크류(leas screw)는 모터에 의해 구동이 되며, 회전 시 나사잭의 링크(upper nut, lower nut, connector, supporter)들이 리드스크류와 함께 회전이 일어나지 않도록 설계 하였다. 나사잭의 리드스크류는 그 중심으로부터 위쪽으로는 왼나사와 아래쪽으로는 오른나사로 나누어져 있어, 리드스크류의 회전방향에 따라서 너트부들은 동시에 멀어지거나 가까워진다.
- 이러한 메커니즘을 적용해서 큰 힘으로 분리 장치를 안정적으로 체결시키고, 분리 시에는 작은 회전모멘트로 쉽게 작동시킬 수 있는 비폭발식 분리장치를 제안하였다. 또한 45kgf정도의 사전하중(preload)을 가지는 소형위성의 태양전지판에 사용되는 분리장치로써 가능성을 입증하기 위하여 반응속도 실험, 준정적 하중실험, 분리충격실험을 수행하였다.
- 본 논문은 상용 피에조 모터와 나사잭 메커니즘을 이용하여 저진동, 저충격 비폭발식 위성용 분리장치를 제안, 설계하였다. 또한 위성 분리장치로써 사용되기 위해 준정적 하중실험과 분리충격실험, 분리 시 반응시간실험을 수행하였다.
- 본 논문은 상용 피에조 모터와 나사잭 메커니즘을 이용하여 저진동, 저충격 비폭발식 위성용 분리장치를 제안, 설계하였다. 또한 위성 분리장치로써 사용되기 위해 준정적 하중실험과 분리충격실험, 분리 시 반응시간실험을 수행하였다.
- 보통 나사나 유압을 이용하여 직선운동의 큰 힘을 발생시킨다. 본 연구에서는 나사를 이용한 잭을 응용 하여 체결력을 높여주고, 분리 시에는 작은 회전력으로 동작이 가능한 분리장치를 제안하였다.
- 분리장치에 사전하중 없이 내부의 스프링에 의한 분리력만을 주고 5회의 반복실험을 통해 반응시간을 측정하였다. 분리시간의 측정은 구동모터에 전압이 인가되는 시점부터 분리부가 고정부에서 완전히 분리될 때까지의 시간이며, 초당 1000프레임의 고속카메라(MIKROTRON, EoSens)로 분리장치의 동작을 촬영한 후, 실험영상을 판독하는 방법으로 수행하였다. 총 5회의 반복실험을 통해 최소 1.
- 분리장치에 사전하중 없이 내부의 스프링에 의한 분리력만을 주고 5회의 반복실험을 통해 반응시간을 측정하였다. 분리시간의 측정은 구동모터에 전압이 인가되는 시점부터 분리부가 고정부에서 완전히 분리될 때까지의 시간이며, 초당 1000프레임의 고속카메라(MIKROTRON, EoSens)로 분리장치의 동작을 촬영한 후, 실험영상을 판독하는 방법으로 수행하였다.
- 분리장치의 분리 시 충격량을 알아보기 위해서, 참고문헌 [8]을 참고하여 Fig. 8과 같이 넓이 0.5×0.5m, 두께 6mm의 사각 알루미늄패널에 번지케이블을 이용하여 강체운동(rigid body motion)이 가능하도록 한 상태에서 분리충격실험을 수행하였다.
- 분리장치의 제원을 이용하여 분리장치의 반응 시간과 분리에 필요한 토크를 계산하였다.
- 분리장치의 제원을 이용하여 분리장치의 반응 시간과 분리에 필요한 토크를 계산하였다.
- 그러므로 분리장치가 안정적으로 어느 정도의 하중을 견딜 수 있는지 알아보기 위하여 준정적 하중실험을 수행하였다. 실험은 Fig. 6과 같이 선형구동장치에 분리장치와 로드셀을 직렬로 연결한 후, 선형구동장치의 모터를 구동시켜서 분리장치의 고정부와 분리부를 당길 때, 로드셀에 발생하는 하중을 측정하였다. 분리장치에 가하는 하중은 단계별로 5초간의 지연시간을 두고 최대 45kgf까지 증가시켜주었으며, 측정된 결과는 Fig.
- 영상판독을 통해서 얻은 반응시간과 앞서 언급한 식(2)에 피에조모터의 최대회전수를 적용하여 계산한 반응시간 및 층격실험을 통해 얻은 반응시간을 Fig. 10에 함께 비교해 보았다. 이론식을 통한 반응시간은 1.
- 우리는 앞서 소형위성의 분리장치로써 스프링 타입의 형상기억합금을 이용한 분리장치를 제안했었으며[6], 본 논문에서는 나사잭(screw jack)의 메커니즘을 이용한 새로운 분리메커니즘을 Fig. 1. Structure of separation device using screw jack 제안하였다.
- 이러한 메커니즘을 이용하여 분리장치의 체결 및 작동에 대한 과정을 매우 간소화 하였으며, 재사용이 가능한 분리장치를 고안하였다.
- 이러한 메커니즘을 적용해서 큰 힘으로 분리 장치를 안정적으로 체결시키고, 분리 시에는 작은 회전모멘트로 쉽게 작동시킬 수 있는 비폭발식 분리장치를 제안하였다. 또한 45kgf정도의 사전하중(preload)을 가지는 소형위성의 태양전지판에 사용되는 분리장치로써 가능성을 입증하기 위하여 반응속도 실험, 준정적 하중실험, 분리충격실험을 수행하였다.
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2.2 분리장치 설계 및 제작
제안된 분리장치를 Table 1과 같은 요구조건을 목표로 설계한 후, Fig. 3에서 보이는 바와 같이 제작/조립을 하였으며, 제작된 분리장치 내부에서 나사잭의 체결 시 상태와 분리 시 상태를 나타내었다. 조립된 분리장치의 중요 부품의 제원은 Table 2와 같으며, 분리장치의 크기는 최대 직경이 60mm이며, 모터를 포함한 길이는 83mm, 전체 무게는 약 1,026g 이다.
대상 데이터
- 이러한 조건을 충분히 만족시키기 위하여 정격토크가 1.7kgf·cm 인 Piezoelectric Technology Co., Ltd[7]의 회전형 피에조모터인 PUMR40을 분리 장치의 구동기로 사용하였다.
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