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진동 저감을 위한 복합재료 태양전지판의 최적설계
Optimal Design of a Composite Solar Panel for Vibration Suppression 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.12 no.6, 2018년, pp.50 - 57  

김용하 (한국항공대학교 일반대학원 항공우주 및 기계공학과) ,  김휘엽 (한국항공대학교 일반대학원 항공우주 및 기계공학과) ,  박정선 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부)

초록
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본 논문에서는 고기동 위성의 진동 저감을 위해 지지대를 복합재료 태양전지판에 적용하였다. 또한 리츠 법을 이용하여 지지대를 포함한 복합재료 태양전지판의 동역학적 모델을 정의하였으며, 지지대가 포함되지 않은 복합재료 태양전지판과 비교하여 지지대의 진동 흡수 성능을 확인하였다. 제한된 질량 내에서 진동 흡수 성능을 최대화하기 위해 정의된 동역학적 모델을 이용하여 지지대를 포함한 복합재료 태양전지판의 설계변수에 대한 최적설계를 수행하였으며, 최적화된 전개 고정형 복합재료 태양전지판의 설계안을 도출하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes the use of supports as passive vibration absorber to a composite solar panel for a high-agility satellite. We further defined the dynamic model of the composite solar panel with the help of the Ritz method and verified vibration suppression performance of the support by performin...

주제어

#복합재료 태양전지판   #고기동 위성   #진동 저감   #리츠 법   #최적설계  

표/그림 (7)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 수동형 진동 제어 장치인 지지대의 진동 흡수 성능을 확인하기 위해 지지대가 포함되지 않은 태양전지판과 포함된 태양전지판에 대하여 주파수 응답 해석을 수행하였다. 지지대를 포함하지 않은 태양전지판의 설계변수는 최적설계를 통해 도출하였으며, 질량은 8.
  • 본 논문에서는 정의된 복합재료 태양전지판의 동역학적 모델의 수치적 예제로서, 중소형급 고기동 위성의 태양전지판에 대한 최적설계를 수행하였다. 중소형급 고기동 위성의 운용에 요구되는 필요출력을 500 watts로 설정하여, 그것을 만족하도록 x방향 길이(La)를 1800 mm, y방향 길이(Lb)는 900 mm로 결정하였다.
  • 본 논문에서는 제한된 질량 내에서 수동형 진동 제어 장치인 지지대의 진동 흡수 성능을 최대화하기 위해 복합재료 태양전지판의 최적설계 문제를 Eqs. 31, 32와 같이 정의하였다.
  • 본 논문에서는 진동 저감을 위한 지지대를 포함한 복합재료 태양전지판의 최적설계를 수행하였다. 최적화 알고리즘은 대표적인 이산 최적화 알고리즘인 유전자 알고리즘을 사용하였으며, 지지대가 포함되지 않은 복합재료 태양전지판과 비교하여 수동형 진동 제어 장치인 지지대의 진동 흡수 성능을 확인하였다.

가설 설정

  • 또한 Eq. 18의 운동방정식을 풀기 위해 가진력인 F0sinwt를 지수 함수 형태인 F0ejwt로 가정하고, 정상상태 해 X(t)를 Eq. 24와 같이 가정하였다.
  • 2와 같이 수동 진동제어 장치인 지지대를 포함한 복합재료 태양전지판의 동역학적 모델을 정의하였다. 태양전지판은 복합재료 샌드위치 패널 구조로 되어있으며, 본 논문에서는 태양전지판을 Kirchhoff-Love 평판으로 가정하였다. 또한 태양전지판은 전개장치 힌지를 통해 위성 본체와 연결되어있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우주기술이란? 기계, 전자, 항공, 화공, 물리 등 광범위한 분야의 첨단기술이 복합된 시스템 기술인 우주기술은 정보화 시대인 21 세기의 첨단 산업을 주도하여 신기술을 창출해 나갈 수 있는 미래 지향적 기술이라 할 수 있다. 특히 위성체 관련 산업은 방송, 통신 뿐 아니라 지구환경, 기상 예측, 자원 탐사 및 개발 등의 고부가 가치산업들과 직접 연관되어 그 영역이 급속히 확대되어가고 있다[1].
고기동 위성이 빠른 각속도로 회전하게 되면 어떻게 되는가? 국내에서는 고기동 위성의 개발 사례가 없으나, 현재 민첩성이 뛰어난 위성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 고기동 위성이 빠른 각속도로 회전할 경우 강성이 상대적으로 작고, 회전중심으로부터 거리가 먼 위치에 질량중심이 있는 태양전지판의 경우 진동이 발생하기 쉽다[3]. 이러한 진동은 위성체로 전달되며 이는 위성의 안정화 시간을 지연시키거나 영상품질을 저하시킨다.
우주기술이 위성체 관련 산업에서의 변화 양상은 어떻게 되는가? 기계, 전자, 항공, 화공, 물리 등 광범위한 분야의 첨단기술이 복합된 시스템 기술인 우주기술은 정보화 시대인 21 세기의 첨단 산업을 주도하여 신기술을 창출해 나갈 수 있는 미래 지향적 기술이라 할 수 있다. 특히 위성체 관련 산업은 방송, 통신 뿐 아니라 지구환경, 기상 예측, 자원 탐사 및 개발 등의 고부가 가치산업들과 직접 연관되어 그 영역이 급속히 확대되어가고 있다[1]. 이에 따라 국외에서는 민첩성이 뛰어난 고기동 위성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 국외에서 개발된 고기동 위성은 대표적으로 미국의 World View I/II, 프랑스의 Pleiades, 이스라엘의TECSAR 그리고 최근에 개발된 일본의 ASNARO가 있다[2].
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참고문헌 (12)

  1. P. S. Thomas, and J. L. Wiley, Spacecraft Structures and Mechanisms From Concept to Launch, Space Technology Library, 1995. 

  2. J. H. Lim, "Recent Trend of the Configuration Design of High Resolution Earth Observation Satellites," Current Industrial and Technological Trends in Aerospace, vol. 8, pp. 45-54, 2010. 

  3. R. G. Ross, "Vibration suppression of advanced space cryocoolers - an overview", International Society of Optical Engineering (SPIE) Smart Structures and Materials Conference, 2003. 

  4. C. D. Johnson, "Design and Application of Passive Vibration Suppression", Technology Overview 2001 International Symposium on Smart Structures and Materials, 2001. 

  5. K. J. Pendergast, and C. J. Schauwecker, "Use of a passive reaction wheel jitter isolation system to meet the Advanced X-ray Astrophysics Facility imaging performance requirements", International Society of Optical Engineering Conference on Space Telescoped and Instruments, 1998. 

  6. K. Shirey, S. Banks, R. Boyle, and R. Unger, "Design and Qualification of the Ams-02 Flight Cryocoolers", Space Cryogenics Workshop, 2005. 

  7. E. H. Anderson, M. E. Evert, and R. M. Glasese, "Satellite ultraquiet isolation technology experiment (SUITE): Electro-mechanical subsystems", International Society for Optical Engineering, no. 3674-36, pp. 308-328, 1995. 

  8. S. W. Kim, W. G. Kim, Y. W. You, J. H. Lim, and H. S. Kim, "Structural Analysis of Solar Array Panel for Highly Agile Satellite", Proceeding of the 2013 KSAS Fall Conference, pp. 649-652, 2013. 

  9. Z. Bai, Y. Zhao, W. Ma, and H. Tian, "Modal Analysis for Small Satellite System with Finite Element Method," 2008 2nd International Symposium on Systems and Control in Aerospace and Astronautics, pp. 1-5, 2008. 

  10. J. H. Holland, Adaptation in Natural and Artificial System, University of Michigan Press, 1975. 

  11. Gordberg, Genetic Algorithms in Search, Optimization, and Machine Learning, Pearson Education, 2013. 

  12. Y. H. Kim, P. H. Kim, H. Y. Kim, and J. S. Park, "Optimal Design of a Composite Lattice Rectangular Plate for Solar Panels of a High-Agility Satellite," International Journal of Aeronautical and Space Sciences, vol. 19, no. 3, pp. 762-775, 2018. 

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