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섬유강화 복합재료 등가열팽창계수 예측 및 인공위성 열지향오차 해석
Prediction of the Equivalent Coefficient of Thermal Expansion of Fiber Reinforced Plastic Lamina and Thermal Pointing Error Analysis of Satellites 원문보기

항공우주기술 = Aerospace engineering and technology, v.13 no.1, 2014년, pp.76 - 85  

유원영 (한국항공우주연구원 위성구조팀) ,  임재혁 (한국항공우주연구원 위성구조팀) ,  김선원 (한국항공우주연구원 위성구조팀) ,  김창호 (한국항공우주연구원 위성구조팀) ,  김성훈 (한국항공우주연구원 위성구조팀)

초록
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본 연구에서는 다양한 열팽창계수 예측기법을 활용해서 섬유강화 복합재료 라미나 등가 열팽창계수 예측을 수행하였다. 등가열팽창계수를 예측하는 많은 식들이 제안되어 왔지만 사용대상에 따라 제약이 있거나, 예측결과가 시험결과와 잘 일치하지 않는 문제점을 갖고 있다. 본 연구에서 실제 복합재료 형상과 유사한 대표체적요소를 선정하여 유한요소 모델링을 수행하고 여기에 주기적 경계조건을 부여하여 재료의 등가열팽창계수를 예측하였다. 예측결과를 기존의 예측식 및 시험결과와 비교하여 그 성능을 검증하였으며, 별추적기 지지구조물의 열지향오차해석을 수행하고 다양한 예측물성을 따라 그 정확도를 검토하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the equivalent coefficient of thermal expansion (CTE) of fiber reinforced plastic composite material is investigated with various CTE prediction schemes. Although there are several methods for predicting the equivalent CTEs, most of them have some limitations of are not much accurate ...

주제어

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  • 그림에서 1, 2, 3은 별추적기 무게중심의 위치이다. 복합재료는 표 2에 나타난 M55J 탄소섬유, M18기지 단일 적층판으로 섬유체적비는 60 %를 가정하였다. 복합재료가 적용된 패널은 허니콤은 Hexel사의 8.
  • 지구관측 저궤도 위성 사업에 사용되는 M55J 탄소섬유 복합재료 라미나의 등가물성예측을 다양한 방법으로 시도하였다. 섬유체적비는 60%를 가정하였으며, 사용한 탄소섬유 M55J 및 기지재료 M18의 물성은 표 2와 같다. 표 2의 데이터를 근간으로 표 3에 복합재료 등가물성 라미나의 예측결과를 기술하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
등가열팽창계수를 예측하는 많은 식들의 문제점은 무엇인가 본 연구에서는 다양한 열팽창계수 예측기법을 활용해서 섬유강화 복합재료 라미나 등가 열팽창계수 예측을 수행하였다. 등가열팽창계수를 예측하는 많은 식들이 제안되어 왔지만 사용대상에 따라 제약이 있거나, 예측결과가 시험결과와 잘 일치하지 않는 문제점을 갖고 있다. 본 연구에서 실제 복합재료 형상과 유사한 대표체적요소를 선정하여 유한요소 모델링을 수행하고 여기에 주기적 경계조건을 부여하여 재료의 등가열팽창계수를 예측하였다.
저궤도 지구관측위성의 안테나와 태양전지판에 반복적인 변형은 어떠한 문제를 일으키는가 통상, 저궤도 지구관측위성의 안테나와 태양전지판의 경우 우주환경에서 -100oC ~ 100oC의 급격한 온도변화를 하루에도 14회 가량 겪게 되는데, 이로 인해 인공위성은 수축, 팽창 또는 뒤틀림 등의 변형이 반복되어 일어나게 된다. 이러한 변형은 별추적기나 관측탑재체와 같이 높은 지향정밀도를 요구하는 장비에 열지향오차를 발생시켜 높은 지향 정밀도 요구조건을 만족시키기 어렵게 된다.
열지향오차를 최소화하기 위한 방법은 무엇이 있는가 이러한 열지향오차를 최소화하기 위해서는 TerraSAR-X, Tandem-X와 같은 인공위성에서는 낮은 열팽창계수를 갖는 탄소섬유복합재료를 이용해서 본체구조체를 제작하며, 아울러 정밀한 열지향오차해석을 함께 병행하여 열지향오차를 최소화하도록 한다. 정밀한 열지향오차해석을 수행하기 위해서는 복합재료를 구성하는 복합재료 라미나(lamina)의 등가열팽창계수를 정확히 아는 것이 매우 중요한다.
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참고문헌 (18)

  1. Son, T.-J., Na, K.-S., Kim, J.-W., Lim, J.H., and Kim, K.-W., "Design of a Structural Model for Korean Lunar Explorer," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 41, No.5, 2013, pp. 366-372. 

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  4. Kim, M.-J., Park, S.-H., Park, J.-S., Lee, W.-I., Kim, M.-S., "Micro-mechanical Failure Prediction and Verification for Fiber Reinforced Composite Materials by Multi-scale Modeling Method," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 41, No.1, 2013, pp. 17-24. 

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  6. Jeong, J.-Y., and Ha, S.-K., "Analysis of Micromechanical Behavior of Fiber-Reinforced Composites," The Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A, Vol. 28, N. 10, 2004, pp. 1435-1450. 

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  15. Rosen, BW, and Hashin, Z, "Effective Thermal Expansion Coefficients and Specific Heats of Composite Materials", International Journal of Engineering and Science, Vol. 8, 1970, pp. 157-173. 

  16. Li, S. and Wang, G., "Introduction to Micromechanics and Nanomechanics," World Scientific Pub., 2008 

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  18. Hexcel Corporation, http://www.hexcel.com, 2014. 

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