레이저 유도 충격파의 실험적인 제어를 기반으로 한 점형 파이로 충격파 응답 스팩트럼 예측 알고리즘 개발

장재경,이정률 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.4

충격파 응답 스팩트럼의 예측은 안전한 점화 장치의 작동을 위해 중요하다. 본 연구는 비파괴적으로 레이저 유도 충격파를 이용하여 파이로 충격파 SRS 예측 방법을 제안한다. 폭약과 레이저 자극을 이용한 서로 다른 두 가지 실험이 수행된다. 최적의 레이저 유도 충격파 측정을 위한 실험적인 조건은 파이로 충격파의 예측을 위해 조사된다. 이를 위해 빔의 사이즈, 에너지, 그리고 플루언스와 같은 변수가 고려된다. 측정된 두 충격파의 유사성은 MAD 를 기반으로 비교된다. 실험적으로 획득된 최적의 실험 조건은 파이로 충격파의 전파 경로에 위치한 네 개의 지점에 적용된다. 각 지점에서 SRS 을 일치시키기 위해 레이저 유도 충격파는 증폭되고 이때, 세 가지 gain 컨셉이 제안된다. 제안 된 기술은 pyro 충격파와 높은 유사성을 보이는 SRS 를 얻기 위해 비 파괴 파이로 SRS 예측을 가능하게 한다. The prediction of shock response spectrum (SRS) is important for safe operation of pyrotechnical devices. This paper proposed a nondestructive pyro SRS prediction method using laser-induced shock. Two different experiments are performed using explosive and laser excitation. The optimum laser-induced shock experimental conditions to predict pyroshock are investigated, where the considered parameters are the size, energy and fluence of the laser beam. The similarity of both shock waves is evaluated based on MAD. The experimentally found optimal conditions are also applied to four points on the path of the pyroshock propagation. To match the SRS at each point, the laser-induced shock is amplified, where three different gain concepts are proposed. The proposed technology enables nondestructive pyro SRS prediction to obtain an SRS with high similarity to the pyroshock.

충격파관을 이용한 폭발 압력 상사 연구

김경민(Kyoungmin Kim),박관진(Kwan-Jin Park),강재은(Jae-Eun Kang),박성철(Sung-Chul Park),정세웅(Sewoong Jung) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4

화약과 같은 에너지 물질이 반응하면서 발생하는 압력은 매우 짧은 시간 동안 많은 양의 에너지가 방출되며, 이 때 발생하는 압력은 대기를 압축시키면서 충격파(Shock wave) 형태로 주변으로 전파된다. 이러한 충격파로 인해 인적, 물적 손상이 발생하므로, 충격파의 위력과 그 피해 정도를 미리 파악하는 것은 매우 중요한 일이다. 그러나 야외 개방조건(Open free-field condition)에서는 주변 공기의 온도 및 습도, 지면 상태 등의 주변 환경에 의해 폭발 압력 편차가 발생하므로 재현성과 신뢰성 있는 실험자료획득은 매우 어려운 일이다. 더불어, 야외 개방 조건에서는 고압조건 형성을 위해 많은 양의 화약 기폭 이 필요하므로 그 위험성이 증가하며, 특히 국내에서 실제 조건(Actual condition)에서 화약 기폭 실험은 충분한 안전거리 확보가 어려워 매우 제한적으로 이루어지고 있는 현실이다. 반면, 폭발형 충격파관(Explosive shock tube)를 이용하면 야외 개방조건 보다 소량의 화약으로 신뢰성 있는 실험이 가능하다. 즉, 야외 개방조건에서는 화약이 기폭 되면 3 차원 공간으로 반응 물질이 전파되면서 압력 감소하나, 충격파관을 이용하면 화약 기폭 후 충격파가 관 내부를 따라 방향성을 가지고 전파되므로 상대적으로 압력감소가 매우 적게 발생한다. 일반적으로 충격파관은 화약 기폭이 이루어지는 구동부(Driver section) 혹은 기폭부(Detonation section)와 구동부에서 생성된 충격파가 관내 공간을 통해 전단 되는 발달부(Developing section), 그리고 피동부(Driven section) 혹은 시험부(Test section)으로 구성된다. 본 연구에서는 내부 직경 120 mm, 충격파관 전체 길이 약 5 m의 실린더 형태의 폭발형 충격파관 내부에서 DXC-56 화약을 EBW(RP-87) 뇌관을 이용하여 기폭 시켰으며, 시험부 출구 끝점을 기준으로 시험부 전방(내부)방향으로 각각 200, 500, 800 mm 이격 된 지점의 관내 외곽면에 Flush mount 형태로 Piezo 타입 압력센서(PCB Co.,)를 설치하여 폭압을 계측하였고, 출구부 후방 60 mm에서 Pencil 형태 입사압력 (Incident pressure) 센서를 이용하여 폭압을 계측하였다. DXC-56 화약은 1.25 g 단위로 제조하여 각각 1 개(1.25 g), 2 개(2.5 g), 3 개(3.75 g)를 기폭 하여 화약 중량에 따른 폭압 변화를 관찰하였고, 재현성을 위해 각 조건별로 3 회 이상 반복실험을 수행하였다. 그 결과 시험간 첨두압력(Peak pressure)차이는 약 2% 미만이고 압력을 시간에 따라 적분한 충격량(Impulse)의 차이는 약 3%이내로 매우 신뢰성 있는 결과를 획득하였다. 폭발압력에 의한 피해는 입사압력 보다는 반사압력(Reflect pressure)에 더 지배적인 영향을 받으므로 입사압력을 계측한곳과 동일한 위치에서 반사압력을 계측하였다. 반사압력은 두께 10 mm, 길이 120 mm의 정사각형 형태의 철판(Steel Plate) 시험체를 이용하였으며, 시험체 중앙점에 Piezo resistive 센서인 XTM-190s(Kulite semiconductor Co.,)를 설치하여 계측하였다. 폭압에 의해 시험체의 진동이 발생하여 센서에 교란(Perturbation)을 주면 신뢰성 있는 반사압력 획득이 불가능하므로, 이를 방지하기 위해 시험체를 단단히 고정하였다. 반사압력은 DXC-56 화약 1.25 g 과 2.5 g 조건에서 반복 실험을 진행하였으며, 시험간 첨두압력 차이는 약 5% 이내, 충격량 차이는 약 3%이내였다. 이러한 실험 결과는 상용 Hydro-dynamic 해석 S/W 인 SPEED(Shock Physics Explicit Eulerian/Lagrangian Dynamics)의 분석 결과와 비교하여 정량적 및 정성적으로 매우 잘 일치하였다. 따라서 충격파관을 이용하여 야외 개방조건보다 소량의 화약을 이용하여 재현성 있는 충격파 구현이 가능하며, 이러한 충격파관을 이용한 상사실험 기법은 폭발 및 에너지 물질에 의한 피해 영향도 분석, 방폭 시설물 설계 등에 적용 가능할 것으로 판단된다. We detonated energetic materials in an explosive shock tube, and incident and reflective shock pressure were measured at the exit of test section in the shock tube. We obtained reliable experimental data with high reproducibility, and the results also showed good agreement with commercial code analysis.

체외 충격파 치료술을 위한 솔레노이드 코일을 이용한 전자기식 충격파 발생기: 구성 및 음향학적 특성

최민주,이종수,강관석,팽동국,이윤준,조주현,임근희,Choi Min Joo,Lee Jong Soo,Kang Gwan Suk,Paeng Dong Guk,Lee Yoon Joon,Cho Chu Hyun,Rim Geun Hie 한국음향학회 2005 韓國音響學會誌 Vol.24 No.5

솔레노이드 코일을 이용하여 체외 충격파 치료술에 적합한 전자기식 충격파 발생기를 구성하였다. 충격파 발생기의 충격파의 특성은 바늘형 하이드로폰을 이용하여 평가하였다 충격파 발생기 방전 전압이 8에서 18 kV로 증가할 때 측정된 충격파의 최대 양압 (P+)은 $10\~77\;MPa$사이를 비선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 반면, 충격파 최대 음압 (P-)은 $-3.2\~-6.8\;MPa$ 에서 변화하고 있으며, 방전 전압이 14 kV에서 -6.9 MPa로 가장 낮은 값을 보였다. 동일한 설정에서 반복 측정된 충격파의 크기 P+는 평균값의 $5\;\%$ 이내에서 변화하며, 전기 수력학적 방식 충격파 발생기 경우의 $50\;\%$ 정도와 비교하여, 매우 작은 것으로 나타났다. 시간 축에서 1 ms 동안 측정한 하이드로폰 신호로부터 충격파에 의해 야기된 음향 공동 현상, 즉, 기포의 파열 현상으로 발생된 다수의 순차적인 음향 임펄스를 관찰할 수 있었다. 웨이블렛 변환 기법을 이용하여, 충격파 강도와 밀접한 관련이 있는 것으로 알려진, 첫 번째와 두 번째 기포 파열 시간 지연을 정확히 측정하였다. 충격파 크기 P+가 10 에서 77 MPa로 증가할 때 측정된 기포 파열 지연 시간은 120부터 $700\;{\mu}s$ 로 거의 선형적으로 증가함을 관찰할 수 있었다. An electromagnetic type shock wave generator suitable for extracorporeal shock wave therapy has been constructed by employing a solenoid coil. The Property of the shock waves produced by the shock wave generator was evaluated using a needle hydrophone. It was shown that, as the capacitor discharging voltage increased from 8 to 18 kV, the Positive Peak Pressure (P+) of the shock wave increased non-linearly from 10 to 77 Wa. In contrast. the negative peak Pressure (f) varied between -3.2 and -6.8 MPa. had its absolute maximum of -6.9 ma at 14 kV The peak amplitudes P+ measured repeatedly under the same voltage setting varied within $5\;\%$ from mean values and this is very small compared to about $50\;\%$ for electrohydraulic type shock wave generators. It could be observed, from the hydrophone signal recorded over 1 ms. several sequential acoustic impulses representing bubble collapses. namely. acoustic cavitation. induced by the shock wave. A technique based on wavelet transformation was used to accurately measure the time delay between the 1st and 2nd collapse known to be closely related to the shock strength. It was observed that the measured time delay increased almost linearly from 120 to $700\;{\mu}s$ with the shock wave Pressure P+ increasing from 10 to 77 MPa.

Development of Shock Response Spectrum and Time-domain Waveform Reconstruction Algorithms for Pyroshock Wave Propagation Visualization

See Yenn Chong,Jung-Ryul Lee 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.4

항공우주 및 국방사업에서 파이로테크닉 장치는 매우 폭넓게 사용되고 있다. 하지만 이러한 장비로부터 발생된 파이로 충격파는 해당 구조의 전반으로 쉽게 전파되어 고주파에너지에 민감한 전자, 광학 장비 등의 파손이나 고장을 야기한다. 본 논문에서는 구조상 임의의 지점에서 점형 화약에 의해 발생되는 파이로 충격파의 영향을 정량적으로 예측하기 위해 레이저 유도 충격파의 수치적 조정을 기반으로 한 점별 폭약 유도 파이로 충격파 예측방법을 제시한다. 파이로 충격파 예측 알고리즘에서는, 레이저 유도 충격파의 수치적인 조정을 위해 신호처리 과정에 포함 된 파이로 충격파 서브밴드 인벨롭 평가모델이 사용되었다. 조정된 레이저 유도 충격파는 임의의 지점에 대한 파이로 충격파 신호의 시간도메인 파형과 SRS 커브를 예측할 수 있게 한다. 예측방법을 이용하여 이차원 공간에 대한 조정이 된 레이저 유도 충격파는 파이로 충격파 전파 영상화 (pyroshock wave propagation imaging, PWPI) 알고리즘을 기반으로 100 x 100 ㎟ 의 영역에서 가시화 된다. Pyrotechnic devices are widely used in aerospace and defense industries. However, these devices generate pyroshock that can propagate over the structure and easily cause failures in electronic and optical components sensitive to high frequency energy. Pointwise explosive-induced pyroshock prediction scheme based on numerical conditioning of laser shocks is proposed as for pyroshock testing to predict quantitatively the effects of a point source pyroshock at any point. In the pyroshock prediction scheme, the estimation models of the subband envelopes of pyroshocks incorporated into the signal processing algorithm were used to numerically condition the laser shocks. The conditioned laser shocks showed the ability to predict the SRS and time-domain waveform of pyroshock signals at any point. Using the prediction scheme, two-dimensional (2-D) spatial conditioned laser shocks were obtained and used to visualize the pyroshock wave propagation in an interest area of 100 × 100 ㎟ based on pyroshock wave propagation imaging (PWPI) algorithm.

충격파관의 길이와 직경이 Shock Train 현상에 미치는 영향

김동욱(Dong Wook Kim),김태호(Tae Ho Kim),윤영빈(Young Bin Yoon),김희동(Heuy Dong Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集B Vol.41 No.9

충격파관에서 발생하는 충격파는 저압관단으로 전파하며, 관단에서 반사한다. 반사 충격파와 경계층의 간섭으로 반사 충격파에 분지가 발생하게 되고, 분지한 반사 충격파는 접촉면과 간섭하며, shock train이 발생하게 된다. 그러나 충격파관에서 발생하는 shock train 현상에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 2차원 축대칭 충격파관을 사용하여 비정상, 압축성 Navier-Stokes 방정식을 적용한 수치해석을 수행하였으며, shock train의 상세한 특성을 조사하기 위하여, 고정된 압력비에서 충격파관의 길이 및 직경을 변화시켰다. A normal shock wave is initially formed in the shock tube that migrates towards the closed end of the tube, which, in turn, leads to the reflection of shock. Due to the interaction of the reflected shock with the boundary layer, bifurcation of the shock wave takes place. A shock train will be generated after the bifurcated shock wave approaches the contact surface. Until now, only a few studies have been conducted to investigate this shock train phenomenon inside the shock tube. For the present study, a CFD analysis has been performed on a two dimensional axisymmetric model of a shock tube using unsteady, compressible Navier-Stokes equations. In order to investigate the detailed characteristics of the shock train phenomenon, quantitative studies have been performed by varying shock tube length, diameter under fixed diaphragm, and pressure ratio inside a shock tube.

충격파관에서 발생하는 반사 충격파와 경계층의 간섭에 대한 연구

김동욱(Dong Wook Kim),김태호(Tae Ho Kim),김희동(Heuy Dong Kim) 대한기계학회 2017 大韓機械學會論文集B Vol.41 No.7

충격파와 경계층의 간섭 현상은 경계층이 박리하고, shock train이 발생하며, 유동장은 매우 복잡한 형태로 된다. 이러한 현상은 반사 충격파와 비정상 경계층이 간섭하는 충격파관에서도 발생한다. 그러나 충격파관에서 발생하는 shock train 현상에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 2차원 축대칭 충격파관을 사용하여 수치해석을 수행하였으며, 충격파관에서 발생하는 shock train의 유동 특성을 상세히 조사하기 위하여 압축성 Navier-Stokes 방정식을 적용하였다. 본 연구의 수치해석 결과를 바탕으로 상세한 파동선도를 통해 실험 결과와 비교하였다. The interaction between a shock wave and a boundary layer causes boundary layer separation, shock train, and in some cases, strong unsteadiness in the flow field. Such a situation is also observed in a shock tube, where the reflected shock wave interacts with the unsteady boundary layer. However, only a few studies have been conducted to investigate the shock train phenomenon in a shock tube. In the present study, numerical studies were conducted using the two-dimensional axisymmetric domain of a shock tube, and compressible Navier-Stokes equations were solved to clarify the flow characteristics of shock train phenomenon inside a shock tube. A detailed wave diagram was developed based on the present computational results, which were validated with existing experimental data.

근골격계 질환에 대한 체외충격파 치료

염재광(Jae-Kwang Yum),안상준(Sang-Jun Ahn) 대한정형외과학회 2018 대한정형외과학회지 Vol.53 No.5

충격파를 만드는 방법은 전기 수력(electrohydraulic), 전자기(electromagnetic), 압전기(piezoelectric) 등의 원리로 만들어진다. 체외충격파 치료는 기계적인 힘으로 목표 조직에 에너지를 집중시키는 효과와 조직 치유를 촉진하는 생물학적 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 체외충격파 치료는 오랜 기간 시행되어 왔으며, 체외충격파 치료를 시행하는 분야는 석회성 또는 비석회성 건염, 주관절의 외상과염 또는 내상과염, 슬개건염, 아킬레스 건병증(achilles tendinosis), 근위부 족저근막염, 근막통증 증후군 등이다. 또한 골절의 지연 유합이나 불유합, 그리고 대퇴골 두의 무혈성 괴사, 당뇨병에 의한 피부 괴사 등에 시도되고 있다. 근골격계 질환에 대한 체외충격파 치료의 결과가 좋고 합병증도 경미하다는 보고가 많아 근골격계 질환에 체외충격파 치료의 사용이 증가하고 있다. 따라서 저자는 근골격계 질환에 대한 체외충격파 치료에 대하여 논문 고찰과 함께 정리해보고자 한다. The sources of shockwave generation include electrohydraulic, electromagnetic and piezoelectric principles, and extracorporeal shock wave therapy (ESWT) appears to have mechanical and biological effects on tissue healing. The application of ESWT to musculoskeletal disorders has been around for more than a decade and is used primarily in the treatment of calcific or non-calcific tendinitis of the shoulder, lateral and medial epicondylitis of the elbow, patellar tendinopathy, Achilles tendinitis or proximal plantar fasciitis of the heel, myofascial pain syndrome, etc. ESWT is also used in the treatment of delayed union or non-union of long bone fractures, avascular necrosis of the femoral head, and chronic diabetic ulcers. The vast majority of papers have reported positive and beneficial effects with few complications. The clinical application of ESWT has increased steadily. This article reviews the current status of ESWT in musculoskeletal disorders.

충격파 완화 복합재의 설계

박경민,조승래,김혜진,이재준 한국복합재료학회 2024 Composites research Vol.37 No.1

이 리뷰 논문은 복합재에 함유되어 충격파를 감쇠하는 물질에 대한 탐구를 통해 폭발로 인한 외상성 뇌 손상 (bTBI)에 대비하여 인적자원을 보호하는 방법을 살펴보고자 한다. 이에 더하여 복합재의 충격파 감소의 정량화를 위한 충격파의 생성과 측정에 관련된 실험적인 방법들을 알아보고자 한다. 충격파는 고에너지 폭발물, 충격관, 레이저 및 레이저-플라이어 기술과 같은 다양한 접근법을 통해 생성이 가능하다. 충격파 전파 및 감쇠의 평가는 압전, 간섭계, 전자기 유도 및 스트릭 카메라 방법을 비롯한 첨단 기술을 활용하여 진행된다. 또한 충격파 압력 감쇠 특성이 알려진 폴리우레아, 이온액체를 포함한 상분리 물질을 조사하였고 복합재 구조의 구성을 통해서 충격파를 감소시킬 수 있는 방법을 제시한다. 본 리뷰에서는 충격파 감쇠 물질 개발에 관한 연구를 종합하고 분석함으로써 폭발로 인한 외상성 뇌 손상에 대한 위험을 낮출 수 있는 재료적인 관점을 제시하고자 한다. This review paper investigates the use of shockwave attenuating materials within composite structures to enhance personnel protection against blast-induced traumatic brain injury (bTBI). This paper also introduces experimental methodologies exploited in the generation and measurement of shockwaves to evaluate the performance of the shock dissipating composites. The generation of shockwaves is elucidated through diverse approaches such as high-energy explosives, shock tubes, lasers, and laser-flyer techniques. Evaluation of shockwave propagation and attenuation involves the utilization of cutting-edge techniques, including piezoelectric, interferometer, electromagnetic induction, and streak camera methods. This paper investigates phase-separated materials, including polyurea and ionic liquids, and provides insight into composite structures in the quest for shockwave pressure attenuation. By synthesizing and analyzing the findings from these experimental approaches, this review aims to contribute valuable insights to the advancement of protective measures against blast-induced traumatic brain injuries.

신경 손상 후 환측의 동작분석을 통한 충격파가 신경재생에 미치는 영향

이중호,최영덕,성연범 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2019 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.9 No.3

This study investigated the effect of extracorporeal shock wave therapy on nerve regeneration in nerve injured rats. In this study, we used 30 male Sprague-Dawley rats weighing 230-280g and 6 weeks old. Study groups were divided into two groups using a random sampling method: experimental group (n=15) treated with extracorporeal shock wave after sciatic nerve injury and control group (n=15) treated without extracorporeal shock wave after sciatic nerve injury. In this study, extracorporeal shock wave therapy equipment (OPTIMUS, SALUS TALENT 3, Korea) was used to apply extracorporeal shock wave therapy and applied to the sciatic nerve crush area of the right hind limb using low intensity. We measured the stance time and stride distance of the affected side using dartfish software. There was a statistically significant difference in the change of stance time and stride distance of the affected side between the experimental group using extracorporeal shock wave therapy and the control group without extracorporeal shock wave treatment. In conclusion, extracorporeal shock wave therapy has a positive effect on nerve regeneration. 본 연구는 체외 충격파 치료를 이용하여 신경 손상 흰쥐의 신경재생에 미치는 영향을 알아보았다. 본 연구에서는 체중이 230∼280g고 생후 6주의 Sprague-Dawley계 수컷 흰쥐 30마리를 사용하였다. 무작위 추출방법을 이용하여 좌골신경 손상 후 체외 충격파 치료를 받는 실험군(n=15)과 좌골신경 손상 후 체외 충격파 치료를 받지 않는 대조군(n=15)으로 나누어 실험을 실시하였다. 본 연구에서 체외 충격파 치료를 적용하기 위해서 체외 충격파 치료기(OPTIMUS, SALUS TALENT 3, Korea)를 이용하였으며 낮은 출력(low intensity)을 이용하여 오른쪽 후지의 좌골신경 압좌 부위에 적용하였다. 본 연구에서는 다트피쉬 소프트웨어를 이용하여 환측 후지의 입각기 시간과 보폭거리를 측정하였다. 환측 후지의 입각기 시간과 보폭거리의 그룹 간 변화량 비교에서 체외 충격파 치료를 적용한 실험군과 체외 충격파 치료를 적용하지 않은 대조군 사이에는 통계학적으로 유의한 차이가 있었다. 결론적으로 체외 충격파 치료는 신경재생에 긍정적인 영향을 미친다.

충격파 터널의 정상 유동 유지 시간 계산 및 연장을 위한 연구

김근영(Keun Young Kim),양성모(Sungmo Yang),장원근(Won Keun Chang),진상욱(Sangwook Jin),최호진(Hojin Choi),변종렬(Jongryul Byun),황기영(Kiyoung Hwang),박기수(Gisu Park) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

충격파 터널은 다른 지상시험장비에 비해 적은 경비로 쉽게 고엔탈피 환경을 모의할 수 있다는 장점을 가지지만 정상 유동 유지 시간이 수 ms로 짧다는 단점을 가지고 있다. 이에 본 연구진은 정상 유동 유지 시간을 늘리는 방안을 모색하였고 충격파관의 고압관과 저압관 길이 대비에 따른 정상 유동 유지 시간의 변화를 확인하고자 본 연구를 수행하였다. 실험에 앞서 1차원 해석 프로그램으로 충격파관 내의 유동 압력을 계산하여 충격파관 길이 대비에 따른 정상 유동 유지 시간 변화 양상을 확인하였다. 그리고 이를 바탕으로 충격파관 내의 실제 압력 측정 실험을 수행하였다. 본 논문에서는 충격파 터널의 정상 유동 시간 연장에 관한 결과를 비교 및 정리하여 수록하였다. Shock tunnels have the advantage that they can easily simulate high enthalpy condition with less cost compared to other ground test equipment, but they have a disadvantage that the steady flow holding time is short as several milliseconds. In this study, we tried to increase the steady flow holding time and investigated the variation of the steady flow holding time according to the contrast of the driver tube and the driven pipe of the shock tube. Before the experiment, the flow pressure in the shock tube was calculated by the one - dimensional analysis program, and the variation of the steady flow holding time according to the length of the shock tube was confirmed. Based on this, the actual pressure measurement experiment in the shock tube was performed. In this paper, we compare and summarize the results of the extension of the steady flow time of the shock tunnel.