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킥모터 FM 규격 연소관에 대한 강성저하 평가 및 파열압력 측정
이무근(Moo-Keun Yi),조인현(In-Hyun Cho),김중석(Joong-Suk Kim),이원복(Won-Bok Lee) 한국항공우주연구원 2010 항공우주기술 Vol.9 No.1
필라멘트 와인딩으로 제작된 고체 모터 연소관의 구조강성저하 평가 및 파열특성을 확인하기 위한 수압시험을 수행하였다. 본 연소관의 파손 요구조건으로서 운용 중 최대 예상압력(MEOP)의 1.5배 이상의 압력에서 실린더 파손이 일어나야함을 제시하였다. 해석 결과 연소관의 내부압력이 2088psig 일 때 실린더층의 섬유가 끊어지는 것으로 나타났으며 수압시험을 수행하여 2200psig 수준에서 실린더 부위가 파손됨을 검증하였다. 또한 제작 후 1년 정도 경과 후에도 강성저하가 없음을 알 수 있었다. A hydraulic test on a filament wound case of Kick-Motor was conducted to evaluate the structural stiffness degradation and to confirm the burst performance. Failure criteria have been defined with bursting above 150% of MEOP(Maximum Expected Operation Pressure) and failure in the cylinder. The analysis result showed that filament fiber in the cylinder should be broken at about 2088psig. From a hydraulic test it has been verified that composite case meets the failure requirements, and that the stiffness does not decrease even after a year since the manufacturing.
이승윤(Rhee, Seung Yun),김광수(Kim, Kwangsoo),윤영하(Yoon, Young-Ha),이무근(Yi, Moo-Keun) 한국항공우주연구원 2020 항공우주산업기술동향 Vol.18 No.2
전통적으로 액체수소(LH2)나 액체산소(LOX)와 같은 극저온 연료를 저장하기 위한 우주발사체 추진제 탱크는 금속재를 이용하여 제작되어 왔다. 하지만, 발사체 전체 건조중량 대비 약 60%를 차지하는 추진제 탱크를 우수한 비강도를 갖는 탄소섬유 복합재를 이용하여 제작한다면 발사체의 중량을 획기적으로 줄일 수 있어 효율적이다. 최근 들어 미국, 유럽, 뉴질랜드 등 우주발사체 선진국을 중심으로 복합재로만 제작되는 추진제 탱크를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 이러한 복합재 추진제 탱크의 국내외 개발 현황을 살펴보고 향후 개발 방향에 대해 논하고자 한다. Traditionally, the propellant tanks for the space launch vehicles have been manufactured out of metals to carry the cryogenic fuels such as liquid hydrogen (LH2) and liquid oxygen (LOX). However, the weight of the launch vehicle will be reduced considerably if we can manufacture the propellant tanks out of the carbon fiber-reinforced composite materials which have superior high strength-to-weight ratio, because typically about 60% of total dry mass of a launch vehicle consists of the propellant tanks. So recently many researches and projects have been conducted to develop the all-composite propellant tank in US, Europe, and New Zealand. In this paper, we introduce the current status of development of the composite propellant tanks for a launch vehicle.
임하영(Ha-Young Lim),한상엽(Sang-Yeop Han),이무근(Moo-Keun Yi) 한국항공우주연구원 2012 항공우주기술 Vol.11 No.2
발사체의 신뢰성과 추진제 또는 가스의 누설은 매우 밀접한 상관관계를 갖는다. 본 논문에서는 누설에 대한 정성적인 분석을 위한 누설량의 정의와 각 단위계의 변환 관계를 소개하였다. 또한 누설량에 영향을 미치는 인자를 분석하였다. 발사체 기밀시험에 사용하는 가스의 품질 요구조건과 발사체 또는 부품의 기밀을 확인하기 위한 여러 가지 시험 방법을 소개하였다. 아울러 발사체의 추진시스템에 대한 기밀시험에서 사용된 방법과 절차를 간략히 기술하였다. There is close correlation between the reliability of the launch vehicle and the leakage of the propellants or gases from the launch vehicle. This paper describes the definition of the leak rate to determine the quantity of the leakage and introduce the unit conversion of the leak rate. The main parameters for the leak rate were considered. The requirements for the gaseous for the leak test of launch vehicle and various leak test methods were introduced. Leak test method and procedure used in space launch vehicle were briefly described.
복합재 분리형 맨드릴을 이용한 라이너 없는 복합재 추진제 탱크에 대한 시험 평가
이승윤 ( Seung Yun Rhee ),김광수 ( Kwangsoo Kim ),윤영하 ( Young-ha Yoon ),이무근 ( Moo-keun Yi ),김희철 ( Hee Chul Kim ) 한국복합재료학회 2023 Composites research Vol.36 No.2
추진제 탱크의 경량화를 위해 비강도가 우수한 탄소섬유 강화 복합재를 이용하여 라이너 없이 복합재 추진제 탱크를 제작하기 위한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 MEOP 1.7 MPa의 내압을 지탱할 수 있는 직경 800 mm의 복합재 추진제 탱크 축소형 시제를 설계하였고, 보스 또한 동일한 복합소재로 제작하여 무게를 줄였다. 라이너 없이 탱크를 제작하기 위해 분리형 맨드릴을 이용하였고, 맨드릴의 무게도 줄이고 경화 과정에서 맨드릴의 팽창을 줄여 치수안정성을 도모하기 위해 복합재로 맨드릴을 제작하였다. 맨드릴 상에 탄소섬유 직물 소재를 핸드레이업 공정으로 적층한 후 오토클레이브 경화 과정을 거쳐 시제품을 제작하였다. 시제품 제작 후, 상온 보증압 시험과 헬륨 기밀 시험, 그리고 상온 반복 내압 시험과 파열 시험을 수행하여 내압 강도 및 기밀 성능 요건을 충분히 만족함을 확인하였고 파열압에 대한 안전여유가 충분함을 확인하였다. 본 연구 결과를 발사체 연료탱크 개발에 적용함으로써 발사체 전체 경량화에 기여할 수 있고, 향후 극저온 성능까지 검증한다면 극저온 산화제탱크 제작에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다. A linerless composite propellant tank was designed and manufactured by using the carbon fiber-reinforced composite materials which have superior strength-to-weight ratio in order to reduce weight of the tank. In this research, we designed a sub-scale composite propellant tank with a diameter of 800 mm to withstand an MEOP of 1.7 MPa. We manufactured the boss of the tank by using the same composite materials to reduce the thermal expansion difference between the boss and the secondary-bonded composite layers of the barrel in the cryogenic environment. We used the collapsible mandrel to manufacture the tank without any liner. The mandrel was made from epoxy-based composite tooling prepregs to reduce weight of the mandrel. We manufactured the test tanks by laying up the carbon fiber fabric prepregs manually on the mandrel and then applying the autoclave cure process. We performed a proof test, a helium tightness test, a repeated pressurization test, and a burst test in room temperature. The test results demonstrate that the proposed design and manufacture process satisfies all strength requirements as well as an anti-leakage requirement.