KR100341006B1 - Fixture of heat vacuum chamber using shroud contact - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우주환경 시험장치인 열진공챔버에서 우주환경 시험시 시험물을 원하는 온도에 빨리 도달하게 하여주는 시험보조장치(Fixture)에 관한 것으로The present invention relates to a test assisting device (Fixture) that allows the test object to quickly reach the desired temperature during the space environment test in the thermal vacuum chamber, a space environmental test apparatus
열진공챔버 내부에서 열교환 장치인 슈라우드(Shroud)와 시험물간의 열교환시 열전도를 유발시켜 열전달을 향상시킴으로써 시험시간을 단축시키도록 하는 슈라우드 접촉을 이용한 열진공챔버용 시험보조장치에 관한 것이다.The present invention relates to a test assistance apparatus for a thermal vacuum chamber using a shroud contact to shorten the test time by inducing heat conduction during heat exchange between a shroud, which is a heat exchanger, and a test article in the thermal vacuum chamber.
고진공 환경하에서는 대류에 의한 열전달은 소멸되고 복사에 의한 열전달이 지배하게 되는데, 이 경우 극저온 영역에서의 복사열전달은 매우 미약하여 우주환경을 모사하는 열진공시험시 원하는 온도에 도달하는데 장시간이 필요하게 된다.Under high vacuum environment, heat transfer by convection disappears and heat transfer by radiation dominates. In this case, radiant heat transfer in cryogenic region is very weak, and it takes a long time to reach the desired temperature in thermal vacuum test to simulate space environment. .
따라서 슈라우드의 곡면과 접촉되는 시험물 지지대와 보조날개를 대칭되도록 형성하여 슈라유드와 시험물간에 전도에 의한 열전달을 많이 유발시켜 시험시간을 단축하고 액체질소 소비량의 감소, 작업자의 근무시간 단축 및 고가장비의 수명을 연장하는 것이다.Therefore, the test piece support and the auxiliary wing which are in contact with the curved surface of the shroud are formed to be symmetrical, which induces a lot of heat transfer between the shroud and the test piece, which shortens the test time, reduces the liquid nitrogen consumption, reduces the working hours of the operator and increases the cost. Extend the life of the equipment.
Description
본 발명은 우주환경 시험장치인 열진공챔버에서 우주환경 시험시 시험물을 원하는 온도에 빨리 도달하게 하여주는 시험보조장치(Fixture)에 관한 것으로The present invention relates to a test assisting device (Fixture) that allows the test object to quickly reach the desired temperature during the space environment test in the thermal vacuum chamber, a space environmental test apparatus
더욱 상세하게는 열진공챔버 내부에서 열교환 장치인 슈라우드(Shroud)와 시험물간의 열교환시 열전도를 유발시켜 열전달을 향상시킴으로써 시험시간을 단축시키고 양측에서 안정되고 균일한 온도분포를 이루도록 하는 슈라우드 접촉을 이용한 열진공챔버용 시험보조장치에 관한 것이다.More specifically, by using the shroud contact to shorten the test time and achieve a stable and uniform temperature distribution on both sides by inducing heat conduction during heat exchange between the shroud, which is a heat exchanger, in the thermal vacuum chamber and heat exchange between the test objects. A test aid for thermal vacuum chambers.
열진공챔버는 지상에서 우주환경인 진공과 열환경을 모사하는 대표적인 장치로 인공위성이나 그 부품에 대한 열환경 시험을 수행하는 고가의 장비이다.The thermal vacuum chamber is a representative device that simulates the vacuum and thermal environment, which is a space environment on the ground, and is an expensive equipment for performing thermal environment tests on satellites or parts thereof.
일반적으로 1×10-4torr 이하의 진공 환경하에서는 대류에의한 열전달은 무시되게 되고 복사에 의하여 열이 전달되게 되는데, 10-5torr 이하의 고진공에서 운용되는 열진공챔버 내에서 환경시험을 수행할 때, 특별한 치구를 사용하지 않는다면 열복사에 의한 열전도가 대부분을 차지하게 되어 극저온에서의 열전달은 절대온도 4승 값에 관계되므로 그 능력이 현저히 떨어지게 된다.In general, in a vacuum environment of 1 × 10 -4 torr or less, heat transfer by convection is ignored and heat is transferred by radiation. Environmental tests are performed in a thermal vacuum chamber operated at a high vacuum of 10 -5 torr or less. In this case, unless a special jig is used, heat conduction due to heat radiation takes up most of the heat, and the heat transfer at cryogenic temperature is related to the absolute temperature quadratic value, so the ability is significantly reduced.
간단한 예로서 열전도(Conduction)에서는 -100℃ 물체와 -200℃ 물체간의 열전달량은 100℃ 물체와 200℃ 물체간의 열전달량과 같지만, 열복사(Radiation)에서는 -100℃ 물체와 -200℃ 물체간의 열전달량은 100℃ 물체와 200℃ 물체간의 열전달량보다 36배 작게 되어 극저온에서의 열복사에 의한 열전달은 매우 미약해진다.As a simple example, in heat conduction, the amount of heat transfer between a -100 ° C object and a -200 ° C object is equal to the heat transfer between a 100 ° C object and a 200 ° C object, but in a radiation, the heat transfer between a -100 ° C object and a -200 ° C object. The amount is 36 times smaller than the heat transfer amount between the 100 ° C object and the 200 ° C object, and the heat transfer due to heat radiation at cryogenic temperature becomes very weak.
따라서 열전도를 이용하지 않고서는 극저온 영역에서의 열전달 능력을 향상하기가 매우 힘들게 된다.Therefore, it is very difficult to improve the heat transfer ability in the cryogenic region without using the heat conduction.
일반적으로 열진공챔버는 열전달 냉매로 액체질소(LN2)를 사용하게 되는데 시험기간의 단축은 곧 액체질소 소비량의 감소, 작업자의 근무시간 단축 그리고 고가장비의 수명과 직결된다.In general, the thermal vacuum chamber uses liquid nitrogen (LN 2 ) as a heat transfer refrigerant. The shortening of the test period is directly related to the reduction of the liquid nitrogen consumption, the reduction of working hours of workers, and the life of expensive equipment.
종래의 열진공챔버는 도 1 에서와 같이 지상에서 우주환경인 진공과 열환경을 모사하는 대표적인 장치로 인공위성이나 그 부품에 대한 열환경 시험을 수행하는 고가의 장비이다.Conventional thermal vacuum chamber is a representative device that simulates the vacuum and thermal environment of the space environment on the ground as shown in Figure 1 is an expensive equipment for performing a thermal environment test for satellite or its components.
보통의 열진공 챔버에서는 도어(15)가 설치되며 열전달 냉매로 사용되는 액체질소 파이프(14)로 이루어진 열교환 장치인 슈라우드(8) 내부에 빔(11)의 상부에서 테프론(12)으로 연결되는 시험물 지지대(13)를 설치하게 되어 슈라우드로 부터 시험물로의 열전달은 대부분 복사열에 의하여 이루어지게 된다.In a typical thermal vacuum chamber, the door 15 is installed and connected to the teflon 12 at the top of the beam 11 inside the shroud 8, which is a heat exchanger made of a liquid nitrogen pipe 14 used as a heat transfer refrigerant. Since the water support 13 is installed, most of the heat transfer from the shroud to the specimen is made by radiant heat.
이러한 형상은 우주환경을 모사하는데 있어서는 나름대로의 의미가 있지만 부품의 설계 검증이나 제조기술 검증 차원의 열진공시험에서는 너무 오랜 시험시간을 필요로 하여 고가의 시험비와 장시간의 시험기간을 요하게 되고 고진공 에서의 오염이 된다.그리고 본출원인이 선출원한 국내 특허등록번호 제10-267024호(2000. 06. 30. 등록)는 접촉봉에 의하여 슈라우드의 열을 전달할 수 있도록 하였으나 너무 짧은 면에서 접촉이 이루어지므로 요구되는 시간을 크게 단축할 수 없는 결점이 있으며, 받침대가 막혀 있으므로 복사열이 시험대상물에 균일하게 전달되지 못하는 결점이 있어서 비교적 작은 시험대상물을 시험하는 용도로 사용되었다.This shape has its own meaning in simulating the space environment, but the thermal vacuum test for the part design verification or manufacturing technology verification requires too long test time, which requires expensive test costs and long test periods. In addition, Korean Patent Registration No. 10-267024 (registered on June 30, 2000), which was filed by the applicant, made it possible to transmit the heat of the shroud by the contact rod, There is a drawback that can not be shortened significantly, and because the pedestal is clogged, the radiant heat is not evenly transmitted to the test subject, so it was used to test a relatively small test subject.
본 발명은 위성용 태양전지판이나 위성용 안테나와 같이 비교적 큰 구조물이면서도 고진공 하에서 극저온 영역까지 온도 범위가 내려오는 시험에 사용하기 위한 것으로The present invention is intended to be used for a test in which the temperature range falls down to a cryogenic region under a high vacuum even in a relatively large structure such as a satellite solar panel or a satellite antenna.
열진공시험의 고진공환경에서 슈라우드와 시험물간의 열교환시 시험물 지지대와 보조날개가 슈라우드와 넓은 면에서 곡면으로 접촉되어 열전도를 유발시키므로 열전달을 향상시킴으로써 시험시간을 단축하여 열진공챔버의 극저온 냉매(액체질소 또는 액체헬륨)의 소비를 줄이는 것이다.본 발명은 보조날개의 하측으로 열전도율이 낮은 받침대를 사용하여 전도열이 시험물 지지대에 집중되도록 하는 것이다.When the heat exchange between the shroud and the test object in the high vacuum environment of the thermal vacuum test, the support and the auxiliary wing contact the curved surface with the shroud on the wide surface to induce heat conduction, thereby improving the heat transfer, thereby reducing the test time and reducing the cryogenic refrigerant of the thermal vacuum chamber ( It is to reduce the consumption of liquid nitrogen or liquid helium. The present invention uses a pedestal with a low thermal conductivity under the auxiliary wing so that the heat of conduction is concentrated on the specimen support.
본 발명은 양측의 받침대를 여러곳에서 버팀대로 연결하여 복사열이 양측에서 대칭되게 균일한 온도로 전달되어 실험결과의 정확성을 제공할 수 있도록 하는 것이다.The present invention is to connect the pedestal on both sides as a brace in a number of places so that the radiant heat is transferred to a uniform temperature symmetrically on both sides to provide accuracy of the experimental results.
도 1 은 종래 열진공챔버의 도어를 분리한 사시도1 is a perspective view of the door of the conventional thermal vacuum chamber separated
도 2 는 종래 열진공챔버의 시험지지대 설치구조2 is a test support installation structure of a conventional thermal vacuum chamber
도 3 은 본 발명의 시험보조장치에 대한 사시도Figure 3 is a perspective view of the test aid of the present invention
도 4 는 본 발명의 시험보조장치에 시험물을 장착한 사시도Figure 4 is a perspective view of the test article mounted on the test aid of the present invention
도 5 는 본 발명의 시험보조장치를 슈라우드에 설치한 상태도Figure 5 is a state diagram installed in the shroud test aids of the present invention
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1, 2 : 시험물 지지대 3, 4 : 보조날개1, 2: test object support 3, 4: auxiliary wing
5, 6 : 받침대 7 : 버팀대5, 6: pedestal 7: brace
8 : 슈라우드 9 : 시험물8: shroud 9: test article
10 : 보울트10: bolt
본 발명은 열진공챔버 슈라우드(8)의 내부 곡면에 맞추어지도록 상측으로 돌출되어 곡면으로 형성되고 상측으로 태양전지판과 같은 시험물(9)을 올려놓고 일체형이 되도록 보울트 (10)와 같은 고정부재를 이용하여 고정시키도록 하는 시험물 지지대(1, 2)를 양측으로 설치한다.According to the present invention, a fixing member such as a bolt 10 is formed to protrude upward to be fitted to the inner curved surface of the thermal vacuum chamber shroud 8 and to form a curved surface, and to put the test object 9 such as a solar panel on the upper side thereof to be integrated. Install the specimen support (1, 2) to be fixed by using both sides.
상기 시험물 지지대(1, 2)의 하측에서 안으로 돌출된 부분이 일치되는 동시에 양측에서 하측으로 돌출되어 슈라우드(8)의 내부 곡면에 맞추어지도록 외측이 곡면으로 형성되는 보조날개(3)(4)가 설치된다.Auxiliary wings (3) and (4) whose outer sides are curved to conform to the inner curved surface of the shroud (8) at the same time as the parts projecting inward from the lower side of the test piece support (1, 2) is coincident Is installed.
상기 보조날개(3, 4)는 슈라우드(8)의 내부 곡면과 접촉을 향상시키기 위하여 변형이 용이한 얇은 강철판으로 제작하였다.The auxiliary wings (3, 4) were made of a thin steel plate that is easily deformed to improve contact with the inner curved surface of the shroud (8).
얇은 강철판을 사용함으로써 완전 원형이 아닐 수 있는 슈라우드(8)와 보조날개(3, 4)의 접촉에 있어서 유연성을 갖게 된다.The use of a thin steel sheet gives flexibility in the contact between the shroud 8 and the auxiliary wings 3, 4, which may not be perfectly circular.
상기 보조날개(3, 4)의 하측에는 받침대(5, 6)를 형성하고, 받침대(5, 6)의 하측으로 충분한 공간이 형성되도록 버팀대(7)로 연결한다.On the lower side of the auxiliary wings (3, 4) to form a pedestal (5, 6), connected to the brace (7) so that a sufficient space is formed below the pedestal (5, 6).
우주환경을 모사하는 열진공시험시 열진공챔버인 슈라우드(8)의 내부에 설치된 시험물(9)이 원하는 온도에 도달하는데 장시간이 소모되는 것을 방지하는 것으로It is to prevent the test object 9 installed inside the shroud 8, which is a thermal vacuum chamber, from being used for a long time to reach a desired temperature during a thermal vacuum test that simulates a space environment.
열전달 냉매로 사용되는 액체질소 파이프(14)에 의하여 열을 발생시키는 슈라우드(8)로 부터 열전도를 유발시키도록 한다.Induce heat conduction from the shroud 8 which generates heat by the liquid nitrogen pipe 14 used as the heat transfer refrigerant.
열교환 장치인 슈라우드(8)의 열은 시험물 지지대(1)(2)를 통하여 시험물(9)간에 전도(Conduction)에 의하여 열전달을 많이 유발시켜 시험물(9)이 빠른시간내에 원하는 온도에 도달하도록 한다.The heat of the shroud 8, which is a heat exchanger, causes a lot of heat transfer by conduction between the specimens 9 through the specimen supports 1 and 2 so that the specimen 9 can be quickly heated to a desired temperature. To get there.
이때 보조날개(3, 4)는 하측으로 돌출되어 원형의 슈라우드(8)와 내부에서 넓은 면에서 곡면 접촉되어 있어서 첨가적인 열전도를 유발시키는 것이다.At this time, the auxiliary wings (3, 4) is protruded to the lower side and is in contact with the circular shroud (8) in a broad surface inside to cause additional heat conduction.
그리고 받침대(5, 6)는 열전달이 잘 되지 않는 재질을 사용하여 보조날개(3, 4)를 통한 열전달이 시험물 지지대(1, 2)로 집중되도록 한다.또한 버팀대(7)는 대칭의 구조물을 온전하게 유지하도록 하고 하측으로 충분한 공간을 제공하여 좌우 대칭의 온도분포를 균일하게 하는 역할을 하므로 시험물이 전체면에 균일한 온도를 유지할 수 있어서 정확한 시험값을 제공할 수 있는 것이다.The pedestals 5 and 6 use poor heat transfer material so that the heat transfer through the auxiliary wings 3 and 4 is concentrated on the test piece supports 1 and 2. The support 7 is a symmetrical structure. It is possible to keep the temperature intact and to provide sufficient space on the lower side to make the temperature distribution of symmetry uniform, so that the test object can maintain a uniform temperature on the entire surface, thereby providing accurate test values.
시험물 지지대(1, 2)와 받침대(5, 6)및 버팀대(7)는 열전도율이 좋고 무게가 비교적 가벼운 알루미늄으로 제작되며, 보조날개(3, 4)는 얇은 강철판으로 제작되고, 받침대(5, 6)를 제외한 모든 구성품은 복사에 의한 열전달을 향상시키고 고진공에서의 오염문제를 해결하기 위하여 흑색으로 아노다이징(Anodizing)처리 된다.The test piece supports (1, 2), the pedestals (5, 6), and the support (7) are made of aluminum with good thermal conductivity and light weight, and the auxiliary wings (3, 4) are made of thin steel sheets, and the pedestal (5) All components, except 6, are anodized in black to improve heat transfer by radiation and to solve contamination problems in high vacuum.
본 발명은 비교적 크기가 큰 물체에 대한 열진공시험을 수행할 시 극저온 영역에서 복사열전달만으로 열전달 효과가 현저히 떨어지게 되는 것을 방지하게 된다.The present invention prevents a significant drop in heat transfer effect only by radiant heat transfer in the cryogenic region when performing a thermal vacuum test on a relatively large object.
본 발명은 곡면을 갖는 시험물 지지대와 보조날개를 이용하여 슈라우드와 곡면으로 넓은 면적에서 직접 접촉에 의해 열전달 효율을 향상시켜 시험물을 원하는 온도에 빨리 도달할 수 있도록 하는 것이다.The present invention is to improve the heat transfer efficiency by direct contact in a large area to the shroud and the curved surface by using the test object support and the auxiliary wing having a curved surface so that the test specimen can reach the desired temperature quickly.
본 발명은 시험시간의 단축으로 액체질소 소비량을 감소시키고 작업자의 근무시간 단축과 고가장비의 수명을 연장한다.본 발명은 받침대를 열전도율이 낮은 재질을 사용하여 시험물에 열전달이 온전하게 이루어지며, 버팀대를 통하여 시험물에 균일한 열전달이 이루어지도록 하여 정확한 측정값을 제공할 수 있는 것이다.The present invention reduces the liquid nitrogen consumption by shortening the test time and extends the working time of the operator and extends the life of expensive equipment. The present invention is made of a heat transfer material to the test object using a low thermal conductivity material, Through the braces, it is possible to provide an accurate measurement by ensuring uniform heat transfer to the specimen.
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