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연합인증

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초록
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획기적으로 선명한 영상의 구현, 휴대 용이성 및 정확한 온도분포의 구현이 가능한 초점면 배열 방식의 적외선 검출기는 탐지도 및 분해능 향상을 위해 액체질소 온도수준의 극저온냉각을 요구한다. 냉동기의 저온부에 적외선 검출기를 직접 부착하는 일체형 스터링 극저온냉동기는 효율적인 적외선 검출기의 냉각이 가능할 뿐 만 아니라, 소형/경량화가 용이하여, 기동 및 휴대용 열상장비용 극저온냉각을 위해 많이 활용되고 있다. 적외선 검출기 냉각용 즉저온냉동기는 다양한 열/진동/충격/전자파 등의 운용환경조건에서 검출기를 액체질소 온도수준으로 냉각/유지할 수 있어야 하며, 안정적인 시스템의 운용을 위한 충분한 신뢰성이 확보되어야 한다. 본 고에서는 민군 겸용기술사업을 통해 국내에서 개발된 열상장비 냉각용 일체형 스터링냉동기의 기술적 특징 및 환경/신뢰성 시험 결과를 소개하고자 한다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • 개발 스터링 극저온냉동기의 내구 및 신뢰성을 파악하기 위해, 냉동기의 개폐동작없이 연속운전시험을 수행하였다. 시험은 냉동기의 저온부가 대기에 노출되어 있는 상황에서 24시간 연속적으로 냉동기의 운전을 실시하였다.
  • 개발된 스터링 극저온냉동기의 신뢰성을 검증하기 위한 방안의 일환으로 연속운전 및 반복적인 전원개폐 시험을 포함한 4종의 시험을 실시하였다.
  • 개발된 적외선검출기 냉각용 초소형 일체형 스터링 극저온냉동기는 기본성능, 환경성능에서 MIL 규격의 요구 조건을 만족하며, 전원개폐/제어운전/연속운전/MTTF 인증 시험을 통해 냉동기의 높은 신뢰성을 검증하였으며, 적외선검출기 적용시험, 체계적용시험 등의 개발시험 및 운용시험을 통해 군적합성 판정을 획득하였다.
  • 검출기의 안정적인 광성능을 구현할 수 있다. 냉동기의 온도제어 기능은 냉동기 제어기의 주요한 기능의 하나로, 개발스터 링냉동기가 연속적으로 동작할 때 제어기의 동작특성을 검증하기 위해 제어운전시험을 수행하였다.
  • 스터링 극저온냉동기의 반복적인 냉각으로 인해 발생하는 저온부의 열충격에 대한 신뢰성을 검증하기 위한 방안의 일환으로 개발냉동기에 대해 전원개폐 시험을수행하였다.
  • 시험은 냉동기의 운용조건을 모사하기 위해 냉동기를 환경챔버에 설치하고, 그림 6에 나타낸 바와 같이 고온 (+53 ℃)/상온(+23 ℃)/저온(-32 ℃)의 열환경조건으로 구성된 온도사이클을 반복하였으며, 냉동기는 20시간 운전 후 4시간 정지하는 사이클로 구동하였다.
  • 시험은 냉동기의 저온부가 대기에 노출되어 있는 상황에서 24시간 연속적으로 냉동기의 운전을 실시하였다.
  • 연속운전시험에서 냉동기의 인가전압은 시험 초기에는 28 VDC의 전원을 인가하였으나, 운전 712 시간 이후부터 24 VDC 전원으로 교체하여 시험을 진행하였다. 이에 따라그림 5에 나타낸 냉동기 회전수 및 입력전력은 712 시간 전후에 큰 변화가 발생하였다.
  • 이를 감안할 때 개발 스터링 극저온냉동기 피스톤/실린더/베어링/하우징/모터 등의 부품 내구성은 현재 시험을 통해 확보된 7, 420시간의 약2배인 15,000 시간 이상의 내구 및 신뢰성을 확보 및 검증하였다.
  • 수행하였다. 한편 진동 및 충격시험은 냉동기를 시험용 지그에 고정한 후 진동 및 충격시험기에 장착하여 상온의 온도 조건에서 수행하였으며, 시험 전후의 냉동기의 성능변화 발생을 파악하기 위해 냉각시간, 제어온도의 안정상태, 헬륨가스 누설률을 측정하였다.
  • 표 2. 스터링 극저온냉동기 환경규격

    환경시험은 시험 전 성능시험, 고온저장, 고온동작, 시험 후 성능시험의 순으로 진행하여, 시험 전/후의 냉동기의 성능변화 발생여부를 판정하였으며, 이후 저온저장, 저온동작, 시험 후 성능시험의 순으로 저온시험을 수행하였다. 한편 진동 및 충격시험은 냉동기를 시험용 지그에 고정한 후 진동 및 충격시험기에 장착하여 상온의 온도 조건에서 수행하였으며, 시험 전후의 냉동기의 성능변화 발생을 파악하기 위해 냉각시간, 제어온도의 안정상태, 헬륨가스 누설률을 측정하였다.

이론/모형

  • 개발 스터링 극저온냉동기의 MTTFCMean Time To Failure)를 인증하기 위해 MKlHDBK-781의 Sequential test plan의 Test plan VII-D를 적용하여 MTTF 인증시험을 수행하였다. 표 5는 MJL-HDBK-781의 관련 규정을 나타낸다
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