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전개성능을 고려한 대형 전개형 SAR 안테나의 회전스프링 힌지의 강성 최적설계
Optimal Design of Stiffness of Torsion Spring Hinge Considering the Deployment Performance of Large Scale SAR Antenna 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.13 no.3, 2019년, pp.78 - 86  

김동연 (전북대학교 기계공학과) ,  임재혁 (전북대학교 기계공학과) ,  장태성 (KAIST 인공위성연구소) ,  차원호 (KAIST 인공위성연구소) ,  이소정 (KAIST 인공위성연구소) ,  오현웅 (조선대학교 항공우주공학과) ,  김경원 (항공우주연구원 위성본체개발부)

초록
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본 연구에서는 전개성능을 고려한 대형 전개형 SAR 안테나의 회전스프링 힌지의 강성 최적설계에 대해 기술한다. 대형 전개형 SAR 안테나는 발사환경에서는 접혀 있다가 궤도에서 임무를 수행할 때 펼치게 된다. 이러한 조건에서 여러 장으로 구성된 안테나 패널을 주어진 시간 내에 최소의 충격으로 전개할 수 있도록 회전스프링 힌지의 적절한 강성을 찾는 것은 매우 중요하다. 회전스프링 강성이 강하면 완전 전개시점에서 발생하는 큰 충격하중이 구조체에 손상을 주며, 약하면 전개 저항으로 인해 완전전개를 보장할 수 없기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 RecurDyn을 이용한 다물체동역학 해석모델을 생성하였으며 전개해석을 통해 전개성능(전개시간 전개충격하중)을 도출하였다 최적의 회전스프링 강성을 찾기 위해 이에 따른 전개성능을 반응표면법을 통해 근사화 시켰으며 최적설계를 수행하여 적절한 회전스프링의 강성 값을 도출하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes the stiffness optimization of the torsion spring hinge of the large SAR antenna considering the deployment performance. A large SAR antenna is folded in a launch environment and then unfolded when performing a mission in orbit. Under these conditions, it is very important to fin...

주제어

#합성개구레이더   #회전스프링 힌지   #전개토크여유   #반응표면법   #전개충격하중  

표/그림 (21)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 다물체동역학 소프트웨어 RecurDyn을 활용해서 개발대상과 동일한 전개해석모델을 생성하고 전개해석을 수행하여 최적의 스프링 상수를 찾는 것이 목적이다. 해석결과에서 도출된 전개시간, 전개충격하중, 전개토크여유를 계산하여 전개요구조건에 부합하는지 확인한다.
  • 본 연구에서는 다물체동역학 해석 프로그램인 Recurdyn을 사용하여 대형 전개형 SAR 안테나의 전개해석을 수행하였다. 또한 반응표면법을 이용하여 전개시간과 전개충격하중을 고려한 90°, 180° 회전스프링 힌지의 강성 최적설계를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SAR 안테나는 어떠한 전개장치로 구성되어 있는가 SAR 안테나는 각각 2개의 90°, 180° 회전스프링 힌지가 전개장치로 구성되어 있다. 전개해석을 수행하기 위해서는 해석모델의 90°, 180° 회전스프링 힌지에 회전조인트, 회전스프링 그리고 접촉조건을 적용해야한다.
우주궤도에서 발사된 인공위성이 보다 다양한 업무를 오랫동한 지속하기 위한 방법은 무엇인가 우주궤도에서 발사된 인공위성이 보다 다양한 업무를 오랫동안 지속하기 위해서는 관련된 탑재물과 태양전지판을 발사 시 발사체 페어링 내부에 있을 때는 접혀두고 궤도상에서 전개시키는 메커니즘이 널리 사용된다. 이러한 메커니즘을 구현하기 위해서 회전스프링 형태의 힌지가 흔히 사용되며, 국내에서 개발된 다목적실용위성과 차세대소형위성 등에도 널리 적용되었다[1].
적절한 스프링 강성을 설정하는 것이 전개구조물 설계의 핵심요소인 이유는 무엇인가 이러한 메커니즘을 구현하기 위해서 회전스프링 형태의 힌지가 흔히 사용되며, 국내에서 개발된 다목적실용위성과 차세대소형위성 등에도 널리 적용되었다[1]. 그러나 이러한 회전스프링의 강성을 강하게 설계하면 빠른 전개시간을 확보할 수 있지만 완전전개 시에 힌지간의 전개충격하중(latching force)이 크게 발생하여 구조체 및 탑재물에 손상을 가할 수 있다. 아울러 강성을 너무 약하게 하면 전개충격하중은 작아지나 전개시간이 길어지고 하니스 및 전개장치의 기계적 마찰에 의한 저항으로 인해 완전전개를 보장할 수 없는 단점이 있다[2]. 즉, 적절한 스프링 강성을 설정하는 것은 전개구조물 설계의 핵심요소중 하나이다.
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참고문헌 (13)

  1. Goo-Hwan Shin, Jang-Soo Chae, Sang-Hyun Lee, Kyung-Wook Min, Jong-Dae Sohn, Woong-Seob Jeong, Bong-Gon Moon, "Operational Concept of the NEXTSat-1 for Science Mission and Space Core Technology Verification", Journal of Astronomy and Space Sciences, vol. 31, Issue 1, pp. 67-72, 2014. 

    원문보기 상세보기

  2. Calassa M C, Kackley R, "Solar array deployment mechanism", The 29th Aerospace Mechanisms Symposium, pp. 79-93, 1995. 

  3. Ju Won Jeong, Young Ik Yoo, Dong Kil Shin, Jae Hyuk Lim, Kyung Won Kim, Jung Ju Lee, "A novel tape spring hinge mechanism for quasi-static deployment of a satellite deployable using shape memory alloy", Review of Scientific Instruments, vol. 85, V25001, 2014. 

  4. Kyung-Won Kim, Youngjin Park, "Solar array deployment analysis considering path-dependent behavior of a tape spring hinge", Journal of Mechanical Science and Technology, vol. 29, Issue 5, pp. 1921-1929, May 2015. 

    상세보기

  5. Kyung-Won Kim, Youngjin Park, "Systematic design of tape spring hinges for solar array by optimization method considering deployment performances", Aerospace Science and Technology, vol. 46, pp. 124-136, July 2015. 

    상세보기 crossref

  6. Yuanyuan Li, Zilu Wang, Cong Wang, Wenhu Huang, "Effects of torque spring, CCL and latch mechanism on dynamic response of planar solar arrays with multiple clearance joints", Acta Astronautica, vol. 132, pp. 243-255, March 2017. 

    상세보기

  7. Y. Wang, H. Guo, H. Yang, R. Liu, Z. Deng, "Deployment analysis and optimization of a flexible deployable structure for large synthetic aperture radar antennas", Journal of Aerospace Engineering, vol. 230, Issue. 4, pp. 615-627, 2016. 

  8. Paulo Fllores, Hamid M. Lankarani, "Contact Force Models for Multibody Dynamics", Springer, 2016 

  9. Y. Tsuji, T. Tanaka, T. Ishida, "Powder Technology", vol. 71, pp. 239-250, 1992. 

  10. https://support.functionbay.com/en/technical-tip/single/44/use-recurdyn-contact-easy-way 

  11. R. W. Postma, "Force and torque margins for complex mechanical systems", Proceedings of 37th AerospaceMechanisms Symposium, Galveston,Texas, edited by E. A. Boesinger (NASA Center for AeroSpace Information, Hanover, MD, 2004), pp. 107-118, 2014. 

  12. Sung-Il Kim, Jung-Pyo Hong, "Optimum design by response surface method", The Korean Institute of Electrical Engineers, vol. 54, Issue 9, pp. 24-28, May 2005. 

  13. Ashok D.Belegundu, Tirupathi R. Chandrupatla, "Optimization Concepts and Applications in Engineering", Prentice-Hall, Inc., 1999. 

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