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우주 열환경 모사용 소형 극저온 블로워 설계 및 성능평가
Design and Performance Test of a Cryogenic Blower for Space Thermal Environment Simulation 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.41 no.10, 2013년, pp.833 - 839  

서희준 (Korea Aerospace Research Institute (KARI)) ,  안성민 (R&D Center, Nerous) ,  허환일 (Department of Aerospace Engineering, Chungnam National University)

초록
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위성체는 지상에서 우주환경시험을 거쳐 기능 및 작동상태를 점검해야 하며, 이를 위해서는 우주환경을 모사 할 수 있는 우주환경 모사장비가 필요하다. 위성체 및 위성체의 부품 성능을 검증하기 위해 사용되는 열진공 챔버는 진공용기, 진공시스템, 열제어 시스템 등으로 구성이 된다. 특히, 고온 및 극저온의 열환경을 모사하는 열제어 시스템이 열진공 챔버의 핵심이라고 할 수 있으며, 열제어 시스템의 성능은 극저온 블로워의 성능에 의해 결정된다. 본 논문에서는 극저온 블로워의 유동 해석과 블레이드의 구조해석을 통해 원심팬을 설계 하였으며, 구동부와 유체부의 열전달 방지를 위한 열장벽, 모터의 과열 방지를 위한 냉각 시스템 등이 설계되었으며, 이는 열해석을 통해 검증 되었다. 최종적으로 성능실험을 수행하여 극저온 블로워의 성능을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Thermal vacuum test should be performed prior to launch to verify satellites' functionality in a harsh space environment which is represented by extremely cold temperatures and vacuum conditions. A thermal vacuum chamber which consists of a vacuum vessel, a pumping system, and a thermal control syst...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 특히 질소를 이용한 열제어 시스템은 냉매를 이용한 시스템에 비해 모사할 수 있는 온도 범위가 넓은 장점이 있으며, 질소를 이용한 폐회로 열제어 시스템은 극저온 블로워의 성능에 따라 성능이 결정된다[2]. 본 논문에는 개회로 및 냉매를 이용한 열제어 시스템에 비해 온도 범위가 넓은 장점을 갖는 폐회로 열제어 시스템의 핵심 부품인 극저온 블로워의 설계시 고려되어야할 팬형상, 모터 냉각 방식, 디스크 및 블레이드 구조설계 및 성능 시험결과가 포함되어 있다.

가설 설정

  • 그러므로 극저온 블로워는 점선의 경계 이내에서 작동한다고 예상할 수 있다. 또한 점선의 작동 경계를 따라서 모든 점에서의 요구 유량이 400 CFM (11.33 m3/min)이라고 가정하고 이를 표준대기조건(20 ℃, 1 atm)으로 환산한 결과를 기준으로 설계를 수행하였다. 온도와 압력이 낮을 때 이를 표준조건으로 환산한 경우가 최대 유량 조건에 해당하며, 이때의 유량은 약 17.
  • 작동조건 및 설계요구조건은 Table 1에 나타낸 바와 같다. 질소는 공기와의 물성치 차이가 거의 없으므로 공기로 가정하여 설계요구조건을 설정하였으며, 시험 평가를 통하여 요구 성능을 만족하는지 확인하여야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우주환경은 어떠한 특징을 가지고 있는가? 우주환경은 고진공 환경이며 태양 복사열에 의한 고온 환경 및 극저온이 반복되는 가혹한 환경으로 특징지어진다. 위성체는 지상에서 발사되어 우주궤도에 진입한 순간부터는 계속해서 우주환경에 노출되며 이러한 가혹한 우주환경에 의해서 위성체의 주요부품에 기능장애가 초래되기도 하고 이는 결국 임무의 실패로 이어지기도 한다.
열진공 챔버용 열제어 시스템은 무엇인가? 열진공 챔버용 열제어 시스템은 열진공 챔버내에서 시편, 특히 위성체 부품에 대한 열환경에서의 성능검증을 위한 시스템으로 고온 및 극저온 환경 모사에 사용된다. 열제어 시스템은 유체의 종류, 시스템의 개/폐 유무에 따라 구분이 된다.
열제어 시스템은 유체의 종류에 따라 어떻게 구분되는가? 열제어 시스템은 유체의 종류, 시스템의 개/폐 유무에 따라 구분이 된다. 유체의 종류에 따라서는 질소를 사용하는 방법과 냉매를 이용하는 방법으로 구분이 된다. 질소를 사용하는 시스템은 극저온 및 고온 환경과 같이 넓은 온도범위의 열환경 모사가 가능하나, 극저온 블로워, 질소 공급장치 및 극저온 밸브등이 필요하다.
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참고문헌 (6)

  1. David G. Gilmore, Satellite Thermal Control Handbook, thermal testing, 9-17, 1994. 

  2. H.J Seo, H.J Cho, S.H Lee, G.W Moon, "Analysis of Close loop thermal control system and review of test result", KSSS Conference, 2011. 

  3. C.J Kim, K.B Lim, Fluid machinery, 2004. 

  4. S.M Ahn, "Development report of Cryogenic blower for thermal environment simulation", 2012 

  5. B.J Lim, C.W Hong, J.H Kim, "Air Similarity Performance Test of Turbopump Turbine", The Korean Society of Propulsion Engineers, Vol 10, 2006, pp. 39-45. 

  6. HUGH W. COLEMAN, W. GLENN STEELE, JR, Experimentation and Uncertainty Analysis for Engineers, 1998. 

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