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추진제 특성을 이용한 에어백 인플레이터 성능 제어에 대한 실험 및 해석에 대한 연구
Automotive Airbag Inflator Analysis Using Measured Properties of Modern Propellants 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.18 no.6, 2010년, pp.53 - 62  

서영덕 (서울대학교 기계항공공학부) ,  김건우 (현대모비스) ,  홍범석 (한화) ,  김진호 (한화) ,  정석호 (서울대학교 기계항공공학부) ,  여재익 (서울대학교 기계항공공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

An airbag is composed of housing assembly, door assembly, cushion assembly, and an inflator. The inflator is the essential part that generates gas for airbag. When an airbag is activated, it effectively absorbs the crash energy of the passenger by inflating a cushion. In this study, tank tests were ...

주제어

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문제 정의

  • 작동원리에서 보다시피 에어백의 구성 장치 중에 하나인 인플레이터는 승객의 충돌에너지를 빠르게 흡수할 수 있도록 가스를 급격히 분출시키는 중요한 부품이다. 다양한 충돌 모드 조건, 다양한 체형의 승객 보호가 이루어 질수 있도록 차량 안전 연구가 활발히 이루어지고 있는 상황에서 본 논문은 차량 안전, 특히 에어백에 대한 연구 활동에 적용되는 인플레이터의 특성에 영향을 미치는 추진제에 대하여 연구하고자 한다. 추진제의 연소특성 파악을 위하여 클로즈드 밤 실험을 실시하고 그에 대한 해석 모델을 구축하고자 한다.
  • 추진제의 연소특성 파악을 위하여 클로즈드 밤 실험을 실시하고 그에 대한 해석 모델을 구축하고자 한다. 또한 인플레이터에 대한 간략 화된 해석 모델을 구축하고자 한다. 현재 인플레이터에서 시간에 따라 분출되는 가스 특성들인 압력, 온도 값들이 입력 값들로 쓰여서 Fig.
  • 에어백의 구조해석으로는 에어백이 전개할 시 수납하는 하우징의 강건성을 살펴보고 있으며, 또한 여러 충돌모드에서 승객의 상해치가 얼마나 되는지에 대하여서도 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 이러한 기본 연구와 달리 인플레이터 자체의 해석 모델을 구축하는데 중점을 두었다.
  • 본 논문에서는 인플레이터의 각 구간별 가스흐름, 탱크로의 가스흐름까지 묘사하도록 하였다.
  • 본 논문에서는 추진제의 조성비들을 변경하여 각각의 조건들에 대하여 클로즈드 밤 실험을 실시하여 각 조성물 인자들에 대한 최대 압력과 압력 상승에 대한 영향도를 파악해 보았다. 이러한 인자들을 조절하여 개발자가 목표로 하는 추진제의 성능을 구현할 수 있도록 영향도 파악을 실시하여 추진제의 특성을 제어할 수 있게 하였다.
  • 다양한 충돌 모드 조건, 다양한 체형의 승객 보호가 이루어 질수 있도록 차량 안전 연구가 활발히 이루어지고 있는 상황에서 본 논문은 차량 안전, 특히 에어백에 대한 연구 활동에 적용되는 인플레이터의 특성에 영향을 미치는 추진제에 대하여 연구하고자 한다. 추진제의 연소특성 파악을 위하여 클로즈드 밤 실험을 실시하고 그에 대한 해석 모델을 구축하고자 한다. 또한 인플레이터에 대한 간략 화된 해석 모델을 구축하고자 한다.
  • 또한 인플레이터에 대한 간략 화된 해석 모델을 구축하고자 한다. 현재 인플레이터에서 시간에 따라 분출되는 가스 특성들인 압력, 온도 값들이 입력 값들로 쓰여서 Fig. 1의 에어백 자체의 구조 해석이나 Fig. 2의 여러 충돌 모드에서의 승객 상해치 예측을 수행하고 있으며 그에 대한 기본 적인 연구를 본 논문에서 수행하고자 한다. 에어백의 구조해석으로는 에어백이 전개할 시 수납하는 하우징의 강건성을 살펴보고 있으며, 또한 여러 충돌모드에서 승객의 상해치가 얼마나 되는지에 대하여서도 연구가 진행되고 있다.

가설 설정

  • 가스 상태와 응축상태의 물질들은 온도에 따라 비열비가 변한다.1,2)
  • 여기서 N은 고체 추진제의 전체 개수이고 ρr은 고체 추진제의 밀도, Ar(t)은 추진제의 시간에 따른 면적 함수이다. 본 모델에서는 고체 추진제의 형상이 실린더 형상으로 되어 있고 모든 면에서 동시에 연소가 된다고 가정하여 함수를 적용하였다. 또한 추진제 면적함수는 추진제 자체 실험인 클로즈드 밤 실험의 결과와 비교하여 보정과 유효성 검토를 필요로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
에어백의 역할은 무엇인가? 현재 자동차에 대한 관심이 높아지고 있고 특히 차량 안전에 대한 소비자들의 요구가 점점 늘어나고 있다. 대표적인 차량 안전장치 중에 하나인 에어백은 차량 충돌 시 승객의 충돌 에너지를 흡수하여 보호하는 역할을 하고 있다. 이러한 에어백의 구성 장치로는 차량 충돌 시 승객과 접촉하여 에너지를 흡수하는 쿠션, 쿠션을 수납하는 하우징 어셈블리와 도어 어셈블리, 쿠션을 부풀게 하는 가스 발생장치인 인플레이터로 구성되어 있다.
인플레이터 해석 모델을 위한 기본적인 가정을 설명하시오 ① 각 구간들마다 가스 상태의 물질과 응축상태의(고체 혹은 액체) 물질들은 잘 섞여 있고 가스 상태의 물질은 이상기체로, 응축상태의 물질은 비압축성으로 간주한다. ② 필터는 가스 상태의 물질을 포집하지 못하며 응축상태의 물질만 포집되고 그 비율은 유출되는 응축상태의 물질들의 비율과 동일하다. ③ 가스 상태와 응축상태의 물질들은 온도에 따라 비열비가 변한다.1,2) ④ 추진제가 연소되는 화학 반응은 연소 챔버 내에서만 이루어지는 것으로 간주한다.
에어백은 어떻게 구성되는가? 대표적인 차량 안전장치 중에 하나인 에어백은 차량 충돌 시 승객의 충돌 에너지를 흡수하여 보호하는 역할을 하고 있다. 이러한 에어백의 구성 장치로는 차량 충돌 시 승객과 접촉하여 에너지를 흡수하는 쿠션, 쿠션을 수납하는 하우징 어셈블리와 도어 어셈블리, 쿠션을 부풀게 하는 가스 발생장치인 인플레이터로 구성되어 있다. 중요한 안전부품인 에어백의 작동원리는, 차량 충돌 시 센서가 충돌 신호를 감지한 후 에어백 컨트롤 유닛으로 신호를 보낸 후, 에어백으로 다시 전기 신호를 보낸다.
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참고문헌 (6)

  1. R. T. Grimley and J. L. Margrave, "The High Temperature Heat Content of Sodium Oxide," J. Phys. Chem., Vol.64, No.11, pp.1763-1764, 1960. 

  2. W. C. Robert and F. W. Edgar, "Thermophysics of Alkali and Related Azides I. Heat Capacity of NaN3 from 5 to 350K," J. Chem. Thermodynamics, Vol.8, pp.565-573, 1976. 

  3. P. B. Butler, H. Krier, E. M. Fraigle, J. H. Semchena, R. Thompson and R. Isermann, "Numerical Simulation of Passenger-side Automotive Inflators," SAE 920848, 1992. 

  4. G. P. Sutton, Rocket Propulsion Elements, 6th Edn, John Wiley, New York, 1992. 

  5. M. J. Zucrow and J. D. Hoffman, Gas Dynamics, Vol.1., John Wiley, New York, 1976. 

  6. P. L. Varghese, Investigation of Energy Transfer in the Ignition Mechanism of a NASA Standard Initiator, Grant No. NAG9-201, 1988. 

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