나사잭 메커니즘을 이용한 비폭발식 분리장치

박현준(Hyunjun Park),이민수(Minsu Lee),조재욱(Jaewook Jo),김병규(Byungkyu Kim) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.4

본 논문에서는 나사잭의 메커니즘을 이용한 인공위성의 비폭발식 분리장치를 설계 및 제작하였다. 분리장치의 구동기로는 정격토크가 1.7kgfㆍ㎝의 성능을 가진 회전형 피에조모터를 사용하여 분리장치의 안정적인 작동이 이뤄지도록 하였다. 또한 인공위성의 분리장치로의 성능을 검증하기 위하여 반응속도 실험, 준정적 하중실험, 충격실험을 수행하였다. 실험을 수행한 결과, 반응속도는 약 1.172초로 측정되었고, 45kgf의 하중에서도 안정적으로 견딜 수 있음을 확인하였다. 최대 충격 가속도는 18G가 측정이 되었는데 이것은 폭발식 분리장치에 비해 매우 작은 값이다. 우리는 이러한 실험을 통하여 제안한 분리장치의 신뢰성을 확인하였으며, 인공위성 분리장치로써의 가능성을 제시하였다. The non-explosive release device using jack mechanism is designed and fabricated for the small satellite. As a triggering actuator for the release device, a piezo rotory motor with torque of more than 1.7 kgfㆍ㎝ is employed to guarantee stable activation. For performance tests of separation device, we conducted release time test, preload test and shock test. The device was operated within 1.172sec and activated stably under load of 45kgf. Maximum shock was measured as 18G that is much less than the pyro-separation device produces. We confirmed the possibility as a satellite separation device through above presented tests.

소형 위성용 소형직류모터를 이용한 분리장치

탁원준(Won Jun Tak),조재욱(Jae Uk Jo),이민수(Min Soo Lee),김병규(Byungkyu Kim) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.8

본 논문에서는 위성 본체에 장착된 탑제체를 위성으로부터 분리하기 위한 비폭발식 분리 메커니즘을 제안하였다. 작동기로서 경제적이고 신뢰성 있는 유성기어가 통합된 소형 직류모터를 채택하였다. 제안된 분리장치는 별도의 지그나 구조물 없이도 재장전이 용이 하도록 하였으며, 단순한 구조로 제작이 수월한 장점이 있다. 완성된 분리장치는 분리반응속도 측정시험, 최대분리가능하중 측정 시험, 최대발생충격 측정 시험을 통하여 그 성능을 입증하였고, 진동시험, 열진공 시험을 통하여 우주 환경에서 사용 가능함을 보여주었다. 개발된 인공위성용 비폭발식 분리장치를 통하여 그동안 사용되었던 폭발식 분리장치 등의 해외위성용 분리장치를 대체 할 수 있을 것으로 기대된다. This paper describes development of a non-explosive separation device which can be equipped on small satellites. The spur geared micro DC motor, which has high reliability and advantage of price, is adopted as an actuator. The proposed separation device has resettability and it does not need extra jig to reload. In addition, the simple structure makes it easy to fabricate and assemble. To verify the performance of the proposed device, the response time tests, maximum preload tests and maximum shock level tests were performed. Also, through the vibration tests and thermal vacuum tests, feasibility of the proposed separation device was shown in launching and space environments. Therefore, we expect that the proposed separation device can replace the imported separation devices in near future.

볼 타입 분리볼트의 분리 거동 모델링

황대현,이주호,한재흥,이응조,김동진 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.4

유도무기와 로켓 등에 사용되는 분리장치는 주로 화약의 폭발력으로 재료를 파단 시켜 분리하는 방식을 활용한다. 그러나 폭발에 의한 절단이라는 특성에 따라 분리파편과 Pyroshock 등이 발생하고, 이는 발사체 구조 혹은 내부 전자장비에 문제를 발생시킬 수 있다. 따라서 화약을 사용하되 적은 양으로 기계적 움직임을 수반하여 분리가 되도록 설계된 볼 타입 분리볼트가 개발된 바 있으며, 본 연구에서는 이의 분리과정에서 내부 부품들의 동적 거동에 대한 수학적 모델링을 수행하였다. 수학적 모델링은 연소모델과 볼, 피스톤, 볼트의 상호작용에 대한 운동방정식으로 구성된다. 해석 결과로 얻은 연소 챔버의 압력변화를 실험과 비교하였으며 피스톤의 속도 및 위치를 계산한 결과를 제시하였다. 본 모델을 통해 기계적 메커니즘을 활용한 분리 장치의 개발단계에서 시간과 개발비용을 줄이고자 한다. 구체적으로는 본 모델을 활용하여 설계 변수에 따른 분리 거동, 분리 신뢰도 등을 미리 예측 하는데 활용 될 수 있다. The bolt separated by explosion is commonly used as separation devices in various guided weapon and rockets. However, due to explosion, separation fragments and pyroshock can be generated and they affect electrical devices or structures. This can cause catastrophic problems on a mission. Therefore, Ball-type separation bolt which use small amount of propellant to separate based on mechanical mechanism is developed. In this study, mathematical model about dynamic behavior of each inner parts of bolt during separation process is established. Mathematical model consists of equation of motions about ball, piston, and bolt with combustion model. As a result, pressure history in combustion chamber, piston velocity and displacement are presented. From this mathematical model, development time and cost can be minimized. For example, the effect of the various design elements on dynamic behavior and separation reliability can be estimated.

위성용 전개형 SAR 안테나 구속분리장치

최준우,황보현,김병규,김동연,김현국 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.6

This paper proposes a non-explosive separation device for the deployable SAR antenna. This device utilises a Ni-Cr wire to restrain the antenna's belt mechanism, and joule-heating is used to minimise the impact of deployment. After the Ni-Cr wire has been cut, the device is deployed through the preload of the belt mechanism. Considering the design load(99g) and preload conditions, FEM analysis for AL7050 and Ti was performed. This analysis revealed that the amount of deformation for AL7050 was 0.256 mm with a margin of +0.09. In addition, by performing orbital thermal analysis, the temperature distribution for AL7050 in the worst cold case is confirmed as –50 to +2℃ and –10 to +90℃ in the worst hot case. This analysis confirmed that the separation device would remain stable even in the worst environment. 본 연구는 전개형 SAR 안테나에 적용하기 위한 비폭발 분리장치를 제안하였다. Ni-Cr 와이어를 감아 제작된 분리장치를 이용하여 SAR 안테나의 벨트가 전개되지 않도록 구속한다. 분리 장치를 구속하는 Ni-Cr 와이어는 발열을 통해 절단함으로써 벨트 전개 시 충격량을 최소화한다. 분리장치의 설계를 위해 설계하중(99g)과 preload를 고려하여 AL과 Ti을 대상으로 유한요소 해석을 수행하였다. AL을 이용 시 해석결과, 최대 변형량이 0.256 mm 발생하였고, 안전마진은 +0.09로 확인되었다. 또한 궤도상 열분석을 수행하여 온도분포를 확인한 결과, 최저온 궤도와 최고온 궤도에서 –50~+2℃의 온도분포와 –10~+90℃의 온도분포를 각각 나타내어 우주환경에서도 구속분리장치가 안정적임을 입증하였다.

볼타입 분리볼트 분리 메커니즘의 수치해석 및 간략화 모델링

황대현(Daehyun Hwang),이주호(Juho Lee),한재흥(Jae-Hung Han),이응조(Yeungjo Lee),김동진(Dongjin Kim) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

파이로테크닉 분리장치는 우주시스템과 유도무기의 발사 혹은 임무 중에 다양하게 활용된다. 파이로 테크닉 작동기는 큰 파이로 충격과 파편을 발생시켜 구조와 전자장비에 치명적인 손상을 야기할 수 있다. 파이로 장치에 의한 문제를 해결하기 위해 1960년대부터 다양한 대체 작동기에 대한 연구와 개발이 수행되어왔다. 본 연구에서는 Pyrotechnic Mechanical Device 중 하나인 볼 타입 분리볼트에 대해 ANSYS AUTODYN을 사용한 동적 분리거동 해석을 수행하였다. 그 결과를 바탕으로 5단계의 분리단계 모델링을 수행하였으며, 연소모델과 1-D로 단순화된 부품의 상호작용에 대한 연립방정식으로 구성된 수학적 모델을 설립하였다. The pyrotechnic separation devices are widely used in space systems and guided weapons during the launching and operations. Pyrotechnic devices generate intensive pyroshock and fragments that can cause critical damages or the malfunction of electric devices onboard. There have been proposed many types of alternative devices to avoid pyro-induced problems since 1960"s. A ball-type separation bolt is the one of alternative pyrotechnic mechanical devices. In this study, the detail separation behavior of the ball-type separation bolt is analyzed using ANSYS AUTODYN; the entire separation process can be divided into 5-Stages. A simplified one-dimensional mathematical model, consisting of a combustion model and 5-stages of differential equation of motions, is also established to effectively describe the entire separation process.

論文(논문) : 형상기억합금구동기와 태엽스프링을 이용한 소형위성용 분리장치

이민형 ( Min Hyoung Lee ),손재황 ( Jae Hwang Son ),김영웅 ( Young Woong Kim ),김병규 ( Byung Kyu Kim ) 한국항공운항학회 2011 한국항공운항학회지 Vol.19 No.3

위성용 분리장치는 작동 전까지는 높은 체결력으로 위성의 부속물들을 안정된 체결 상태로 유지해야 한다. 작동 후에는 위성시스템에 손상이 없이 위성본체로부터 분리되어 태양전지판과 안테나와 같은 부속장치의 전개를 성공적으로 수행하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 분리충격이 작고 취급이 용이하며 재장착이 가능한 형상기억합금구동기와 태엽스프링을 이용한 소형위성용 비폭발식 분리장치를 제안하였다. 성능을 검증하기 위하여 분리시간, 분리가 가능한 사전하중, 분리장치 작동 시 충격량 측정 실험을 수행하였다. The separation actuator for the small satellite should fix satellite appendages with high clamping force. After operation, it has to be separated from the satellite body without any damage on satellite system and release the appendages such as a solar panel and an antenna successfully. Therefore, we invent a non-explosive separation actuator for the small satellite which generates low shock and is resettable. In order to confirm performance of the proposed separation actuator, we carried out experiments for separation time, maximum preload for activation, and shock level.

통발 분리 장치

정용길,유금범 한국특허학회 2016 특허학연구 : 한국특허학회지 Vol.17 No.2

본 발명은 모릿줄의 고리에 연결되어 있는 통발연결장치를 자동적으로 분리할 수 있는 통발분리장치에 관한 것이다. 통발분리장치는 통발연결장치가 부착된 통발의 분리작업을 자동화하기 위한 것으로, 모릿줄 에 연결된 통발연결장치의 집게를 열리게 하는 슬라이더를 구동하는 장치이다. 본 발명에 의한 통발분리 장치를 사용하면, 통발분리 작업이 용이하게 되고, 회전판의 통공에 형성된 다수개의 베인과 모릿줄 사이 의 간섭이 최소화되어서 장치의 내구성이 좋아지며, 통발분리작업을 자동화 할 수 있게 된다. This design is about the vane type separation device for disconnection of sea eel pots to loop of main line for sea eel pot fishing boat. Capability and performance of the vane type separation device for disconnection of sea eel pots to loop of main line was investigated at sea as trial of developing automatic operating system. A ratio of automatic disconnection between loop of main line and sea eel pots using coupling device was perfect without any trouble.

Redundant 기능을 포함한 비폭발식 위성분리장치

이민형,손재황,이동준,이아남,김병규 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

본 논문에서는 위성 본체에 장착된 탑제체를 위성으로부터 분리하기 위한 비폭발식 분리 메커니즘을 제안하였다. 본 메커니즘은 1차적으로 모터로 구동되며, 1차 분리가 실패할 경우 2차적으로 스프링타입의 형상기억합금(SMA) 구동기에 의해 작동된다. 분리장치가 작동하기 위해 필요한 힘을 바탕으로 모터와 SMA 구동기를 설계하였다. 또한, 분리장치의 작동 시간과 작동 가능한 사전 힘(preload), 분리 시 발생하는 충격량을 측정하여 분리장치의 성능을 검증하였다. 개발된 비폭발식 분리장치는 추가적으로 발사환경 및 우주환경 실험을 통해 신뢰성 검증을 수행하고자 한다. This paper describes the development of non-explosive separation(NES) device which can be equipped on a small satellite. The proposed mechanism is activated by a motor at first and it is activated by spring-type shape memory alloy(SMA) actuator in case the activation by actuation of motor is failed. In order to select a motor and a SMA actuator properly, the force for actuation is measured. Based on experimental results, a motor and a SMA actuator are designed and equipped. After fabricate separation device, we performed some tests such as response time, preload test and shock test. As the future work, we have a plan to test the proposed device in thermal vacuum and on the shaker.

파이로테크닉스를 이용한 분리 장치의 종류 및 특성

김동진(Dong Jin Kim),이응조(Yeung Jo Lee),김남춘(Nam Chun Kim) 한국항공우주학회 2016 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.4

파이로테크닉스는 화약 에너지를 이용하여 설계된 임무를 수행하는 제품이다. 파이로테크닉스를 이용한 분리장치는 크게 화약의 폭발에너지를 이용하여 구성품 일부가 파괴되면서 분리되는 것과 화약 연소시 발생된 압력을 이용하여 구성품의 슬라이딩을 유발시켜 분리가 일어나는 것이 있다. 본 논문은 이와 같은 분리장치의 작동원리, 분리특성 및 적용분야에 대해 기술하고, 설계, 해석, 검증 과정등 분리장치의 개발 프로시져를 제시함으로써, 파이로테크닉스를 이용한 분리장치 적용시 설계자가 각각의 제품에 대해 정확한 특성을 이해할 수 있도록 하였으며, 분리장치 개발시 제시된 프로시져를 활용할 수 있도록 하였다. Pyrotechnics are products that perform their designed missions using exploding energy. Pyrotechnics can be categorized with two groups. One group of them, it use exploding energy on destroying its body to be separated. The other group use pressure that is generated by explosives combustion, to slide some moving parts in their body. In this paper, to help accurate use of separation devices using pyrotechnics, I present the operating principle, the separation characteristics and applications of separation devices using pyrotechnics. I also explain the methods of design, analysis, verification on separation devices.

이탈조건에 따른 가스피스톤의 부스터 분리 성능 변화

김기언,김진형 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

부스터분리장치로 사용되는 가스피스톤의 이탈조건 변화가 분리성능에 미치는 영향을 연구하였다. 이미 개발되어 있는 가스피스톤을 보다 증대된 반분리력이 존재하는 분리조건에서 사용할 경우, 부족한 분리 능력은 가스피스톤의 수량을 늘리는 방법 또는 가스피스톤의 이탈조건 변화를 통하여 확보할 수도 있다. 반분리력이 각각 시간의 함수인 경우와 거리의 함수인 경우가 고려되었다. 속도지수 및 시뮬레이션을 통하여 변화된 부스터 분리 성능을 고찰하였다. The effect of the release condition of a gas piston is studied. When the velocity index of the anti-separation force is greater than the velocity index of the gas piston, additional impulse could be provided by adding an gas piston or changing the release condition of the gas piston. The considered anti-separation force is a function of time or a function of distance. The separation capability of a gas piston is estimated by the velocity index and/or simulation.