APD (Antenna Pointing Driver)는 차세대 중형위성에 탑재되는 위성 데이터 전송용 2축 짐벌식 X-밴드 안테나를 구동하기 위한 전장품이다. 전장품에 탑재된 EEE (Electrical, Electronic and Electromechanical) 소자의 열소산은 소자의 효율과 수명, 신뢰도에 직접적으로 영향을 미치게 되며, 종국에는 소자 자체의 파손으로 위성 전체 시스템의 실패를 초래할 수 있다. 임무기간동안 전장품의 신뢰성을 보장하기 위해 EEE 소자의 접합온도는 중요한 설계요소가 되며, 허용범위 내에서 확보되어야 한다. 따라서 사전에 소자의 감쇄비를 고려한 열해석이 반드시 수행되어야하며, 이를 위해 적절한 열해석모델을 구축하여야한다. 본 논문에서는 APD의 온도 요구조건 만족여부를 확인하기 위해 열설계 및 열해석을 수행하였으며, 이와 더불어 각 모델링 기법에 따른 열해석모델의 유효성을 비교, 분석하였다.
APD (Antenna Pointing Driver)는 차세대 중형위성에 탑재되는 위성 데이터 전송용 2축 짐벌식 X-밴드 안테나를 구동하기 위한 전장품이다. 전장품에 탑재된 EEE (Electrical, Electronic and Electromechanical) 소자의 열소산은 소자의 효율과 수명, 신뢰도에 직접적으로 영향을 미치게 되며, 종국에는 소자 자체의 파손으로 위성 전체 시스템의 실패를 초래할 수 있다. 임무기간동안 전장품의 신뢰성을 보장하기 위해 EEE 소자의 접합온도는 중요한 설계요소가 되며, 허용범위 내에서 확보되어야 한다. 따라서 사전에 소자의 감쇄비를 고려한 열해석이 반드시 수행되어야하며, 이를 위해 적절한 열해석모델을 구축하여야한다. 본 논문에서는 APD의 온도 요구조건 만족여부를 확인하기 위해 열설계 및 열해석을 수행하였으며, 이와 더불어 각 모델링 기법에 따른 열해석모델의 유효성을 비교, 분석하였다.
The APD (Antenna Pointing Driver) is an electronic equipment tool that is used to drive the two-axis gimbal-type antenna for the image data transmission of CAS (Compact Advanced Satellite). In this study, a heat dissipation of EEE (Electrical, Electronic and Electromechanical) is reviewed, to identi...
The APD (Antenna Pointing Driver) is an electronic equipment tool that is used to drive the two-axis gimbal-type antenna for the image data transmission of CAS (Compact Advanced Satellite). In this study, a heat dissipation of EEE (Electrical, Electronic and Electromechanical) is reviewed, to identify the parts that directly affected its efficiency, lifetime as well as the reliability of the structure. This event eventually incurs a failure of the EEE part itself, or even the entire satellite system as noted in experiments in this case. To guarantee reliability of electronic equipment during the mission, the junction temperature of EEE parts is considered a significant and important design factor, and subsequently must be secured within the allowable range. Therefore, the notation of the thermal analysis considering the derating is indispensable, and a proper thermal mathematical model should be constructed for this case. In this study, the thermal design and thermal analysis are performed to confirm the temperature requirement of the APD. In addition, we noted that the validity of the thermal model, according to each of the identified modeling methods, was therefore compared through the thermal analysis utilized in this case.
The APD (Antenna Pointing Driver) is an electronic equipment tool that is used to drive the two-axis gimbal-type antenna for the image data transmission of CAS (Compact Advanced Satellite). In this study, a heat dissipation of EEE (Electrical, Electronic and Electromechanical) is reviewed, to identify the parts that directly affected its efficiency, lifetime as well as the reliability of the structure. This event eventually incurs a failure of the EEE part itself, or even the entire satellite system as noted in experiments in this case. To guarantee reliability of electronic equipment during the mission, the junction temperature of EEE parts is considered a significant and important design factor, and subsequently must be secured within the allowable range. Therefore, the notation of the thermal analysis considering the derating is indispensable, and a proper thermal mathematical model should be constructed for this case. In this study, the thermal design and thermal analysis are performed to confirm the temperature requirement of the APD. In addition, we noted that the validity of the thermal model, according to each of the identified modeling methods, was therefore compared through the thermal analysis utilized in this case.
본 논문에서는 차세대 중형위성 X-밴드 안테나의 구동을 위한 전장품 APD (Antenna Pointing Driver)열해석을 수행하였으며, 전장품 열해석 시 소자 모델링의 불확실성을 최소화할 수 있는 열해석모델(Thermal Mathematical Model, TMM) 구축 기법을 도출하기 위해 소자의 열적 물성치를 갖는 솔리드를 적용한 방식과 소자의 열적 물성치를 갖는 노드를 생성하여 PCB와 노드의 연결을 높은 열전도율인 3,000W/K을 적용한 방식, 소자의 열적 물성치를 갖는 노드와 PCB를 리드 열저항으로 연결한 방식, 보드에 직접적으로 발열량을 적용한 방식으로 열적 안정성 평가를 수행하였다.
제안 방법
또한, 일반적으로 전장품의 열해석모델 구축 시 소자의 크기와 열적 물성치 등으로 인해 소자모델링에 있어서 불확실성을 야기할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 불확실성을 최소화할 수 있는 열해석모델을 도출하기 위해 소자의 물성치를 갖는 솔리드를 적용한 Case 1, 소자의 물성치를 갖는 노드를 생성하여 PCB와 소자 간의 연결을 높은 열전도율인 3000W/K을 적용한 Case 2, 소자의 물성치를 갖는 노드와 PCB를 리드 열저항으로 연결한 Case 3, 보드에 직접적으로 발열량을 적용한 Case 4로 열해석모델을 구축하여 해석을 수행하였으며, 이에 따른 결과를 비교, 분석하였다. 열해석 결과 네 가지 방식 모두 유사한 온도분포를 보이나, 첫 번째 해석방식인 솔리드 모델링방식은 열해석모델 구축 시 소자의 면적이 고려되어 더욱 완화된 온도가 도출됨을 확인하였으며, 저온조건의 경우 또한 비슷한 경향을 보임을 확인하였다.
대상 데이터
Figure 1은 차세대 중형위성의 X-밴드 안테나 구동을 위한 전장품 APD의 형상으로 크기는 190 × 203× 75 mm이며, 주요 구성은 상/하부 하우징, 6개의 Stand Off, 4개의 Rib, 2개의 전력보드와 2개의 제어보드로 구성된다. 이때, 내부 각 PCB는 Primary가 정상적으로 작동하지 않을 경우를 대비하여 Redundancy를 포함하여 구성되어 있다.
성능/효과
본 논문에서는 이러한 불확실성을 최소화할 수 있는 열해석모델을 도출하기 위해 소자의 물성치를 갖는 솔리드를 적용한 Case 1, 소자의 물성치를 갖는 노드를 생성하여 PCB와 소자 간의 연결을 높은 열전도율인 3000W/K을 적용한 Case 2, 소자의 물성치를 갖는 노드와 PCB를 리드 열저항으로 연결한 Case 3, 보드에 직접적으로 발열량을 적용한 Case 4로 열해석모델을 구축하여 해석을 수행하였으며, 이에 따른 결과를 비교, 분석하였다. 열해석 결과 네 가지 방식 모두 유사한 온도분포를 보이나, 첫 번째 해석방식인 솔리드 모델링방식은 열해석모델 구축 시 소자의 면적이 고려되어 더욱 완화된 온도가 도출됨을 확인하였으며, 저온조건의 경우 또한 비슷한 경향을 보임을 확인하였다. 이러한 결과를 토대로 Case 2, Case 3과 Case 4의 방식이 최악의 조건에서의 열해석임을 확인하였으며, 각 방식의 해석결과 소자의 접합온도는 큰 차이가 없기 때문에 가장 효율적인 해석방식은 모델링 구축시간이 가장 짧은 Case 4라고 판단된다.
열해석 결과 네 가지 방식 모두 유사한 온도분포를 보이나, 첫 번째 해석방식인 솔리드 모델링방식은 열해석모델 구축 시 소자의 면적이 고려되어 더욱 완화된 온도가 도출됨을 확인하였으며, 저온조건의 경우 또한 비슷한 경향을 보임을 확인하였다. 이러한 결과를 토대로 Case 2, Case 3과 Case 4의 방식이 최악의 조건에서의 열해석임을 확인하였으며, 각 방식의 해석결과 소자의 접합온도는 큰 차이가 없기 때문에 가장 효율적인 해석방식은 모델링 구축시간이 가장 짧은 Case 4라고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
APD란 무엇인가?
APD (Antenna Pointing Driver)는 차세대 중형위성에 탑재되는 위성 데이터 전송용 2축 짐벌식 X-밴드 안테나를 구동하기 위한 전장품이다. 전장품에 탑재된 EEE (Electrical, Electronic and Electromechanical) 소자의 열소산은 소자의 효율과 수명, 신뢰도에 직접적으로 영향을 미치게 되며, 종국에는 소자 자체의 파손으로 위성 전체 시스템의 실패를 초래할 수 있다.
전장품의 성능유지를 위해 최적화된 설계를 수행하여야 하는 이유는 무엇인가?
인공위성의 전장품은 고진공, 미소중력, 극저온, 고온의 극한환경에서 운용되기 때문에 전장품의 성능유지를 위해 최적화된 설계를 수행하여야 한다[1]. 인공위성의 경우 발사 후 수리나 회수가 불가능하기 때문에 전장품이 외부 요인들에 의해 오류가 발생하거나 작동을 멈추게 되면 위성의 임무수행에 치명적인 영향을 미칠 수 있으므로 인공위성의 핵심이라고도 할 수 있을 정도로 중요한 요소로 작용한다.
인공위성의 전장품이 인공위성의 핵심이라고도 할 수 있을 정도로 중요한 요소로 작용하는 이유는 무엇인가?
인공위성의 전장품은 고진공, 미소중력, 극저온, 고온의 극한환경에서 운용되기 때문에 전장품의 성능유지를 위해 최적화된 설계를 수행하여야 한다[1]. 인공위성의 경우 발사 후 수리나 회수가 불가능하기 때문에 전장품이 외부 요인들에 의해 오류가 발생하거나 작동을 멈추게 되면 위성의 임무수행에 치명적인 영향을 미칠 수 있으므로 인공위성의 핵심이라고도 할 수 있을 정도로 중요한 요소로 작용한다. 최근 인공위성 전장품의 고성능화가 요구되어짐에 따라 EEE 소자의집적도 증가로 인해 전자소자들의 열소산량이 증가하여 접합온도가 상승하게 된다.
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