KR100445680B1

KR100445680B1 - 냉가스 추력기의 추력 측정장치

Info

Publication number: KR100445680B1
Application number: KR10-2001-0078349A
Authority: KR
Inventors: 정호락; 전상운; 최형돈
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2004-08-25
Also published as: KR20030048299A

Abstract

본 발명은 냉가스 추력기를 사용하는 시스템에서 사용되는 추력기의 추력 및 응답특성을 측정하여 로켓이나 인공위성의 자세제어기 설계에 사용하기 위한 냉가스 추력기의 추력 측정장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 고정받침대(2)의 3방향에서 슬라이딩봉(6)을 돌출시켜 수직 이동되는 수평받침대(4)를 연결하며,

상기 수평받침대(4)의 중앙으로 추력기(20)가 연결되고 외측에서 봉(22)으로 연결된 받침대(21)의 상측에 추력기(20)가 고정되며,

상기 수평받침대(4)의 양측에서 실(12)이 하측으로 연결되어 고정받침대(2)의 하측에 켈리브레이션 받침대(11)와 연결되고,

상기 고정받침대(2)의 중앙에 로드셀(7)이 설치되어 로켓 및 인공위성용 추력기 추력 측정에 활용하고, 추력기의 무게가 변하더라도 정확한 추력을 측정할 수 있는 것이다.

Description

냉가스 추력기의 추력 측정장치{Thruster Test equipment for the Cold Gas Thruster}

로켓이나 인공위성이 발사되면 보수 및 기능보완 작업이 불가능하므로 지상에서 많은 설계와 실험을 수행하게 되는데 보통의 경우에는 제품의 특성을 고려하여 컴퓨터로 소프트웨어 시뮬레이션으로 성능을 검증하거나 각 부품들을 공장에서 각각 별도의 테스트 순서에 따라 실험을 하여 그 결과를 사용하게 된다.

그러나 이러한 과정들은 실제 추력를 정확하게 알지 못할 경우 제어기 설계가 잘못되어 비행시험 실패로 연결될 수 있으므로 추력기의 추력 측정은 반드시 필요하다.

추력기는 작용과 반작용의 원리로 작동되기 때문에 정확한 추력 측정이 힘들다.

특히 추력기의 무게가 변경된 경우 정확한 추력을 측정할 수 있는 장비가 종래에는 제공되지 못하고 있다.

본 발명은 뉴톤의 운동법칙 제 3법칙에 의하여 추력기에서 발생된 힘이 수평받침대를 누르면 로드셀에서 이를 측정하는 자연법칙을 이용하는 것이다.

본 발명은 추력기의 추력 및 응답특성을 측정하여 로켓이나 인공위성의 자세제어기 설계에 사용되도록 한다.

본 발명은 고정받침대의 3방향에서 슬라이딩봉을 돌출시켜 수직 이동되는 수평받침대를 연결하며,

상기 수평받침대의 중앙으로 추력기가 연결되고 외측에서 봉으로 연결된 받침대의 상측에 추력기가 고정되며,

상기 수평받침대의 양측에서 실이 하측으로 연결되어 고정받침대의 하측에 켈리브레이션 받침대와 연결되고,

상기 고정받침대의 중앙에 로드셀이 설치됨을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은 실시간 컴퓨터의 원하는 시간에 추력기의 솔레노이드 밸브를 구동시키는 명령이 DA보드에서 출력되어 추력기가 작동되도록 하며,

추력기의 작용에 의하여 로드셀에 비례하는 힘이 가해질 때 생성되는 신호가 AD보드를 통하여 실시간 컴퓨터에 저장되도록 함을 특징으로 하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 외형 사시도

도 2 는 본 발명의 설치상태 정면도

도 3 은 본 발명중 로드셀의 설치상태도

도 4 는 본 발명의 평면도

도 5 는 본 발명의 분동에 대한 단면도

도 6 은 본 발명중 컴퓨터와 추력기의 연결상태도도 7 은 본 발명의 추력기 외형도

[도면의 주요부분에 대한 설명]

1 : 밸런싱 웨이트 2 : 고정받침대

3 : 기둥 4 : 수평받침대

5 : 지지대 6 : 슬라이딩봉

7 : 로드셀 8 : 로드셀 치구

9 : 수평받침대 치구 10 : 보울트

11 : 켈리브레이션 받침대 12 : 실

13 : 분동 14 : 실시간 컴퓨터

15 : DA 16 : 솔레노이드 밸브

17 : AD 20 : 추력기

본 발명은 사각형의 밸런싱 웨이트(1)의 사방향에서 기둥(3)을 세워 일정한 높이에 고정받침대(2)가 설치되도록 한다.

고정받침대(2)의 상부 3곳에 고정받침대(2)와 수직으로 슬라이딩봉(6)을 설치하여 수평받침대(4)의 수직으로 왕복 이동되는 것을 안내하도록 한다.

수평받침대(4)의 중앙에는 공간을 형성하여 추력기(20)가 설치되며, 추력기(20)의 하측에는 받침대(21)를 설치하여 추력기(20)를 고정하여 수평받침대(4)와 봉(22)으로 연결되도록 한다.

받침대(21)의 하측에는 접점이 많아지도록 하기 위하여 수평받침대 치구(9)를 설치하고 그 하측으로 고정받침대(2)의 중앙에 로드셀 고정용 보울트(10)로 로드셀(7)을 고정시키며 로드셀(7)의 상측으로 로드셀 치구(8)를 설치하여 수평받침대 치구(9)와 접점이 크게 형성되도록 한다.

수평받침대(4)의 양측에는 실(12)을 연결시켜 고정받침대(2)를 통과한 후 밸런싱 웨이트(1)의 상측에서 켈리브레이션 받침대(11)와 연결하여 분동(13)을 이용한 켈리브레이션을 수행할 수 있도록 구성한다.

밸런싱 웨이트(1)에는 다양한 무게의 분동(13)이 원형으로 형성되어 보관되며, 중앙 상측으로 돌출부가 형성되고 하측 중앙에는 구멍이 형성되어 있다.

도 6 은 본 발명의 실시간 컴퓨터(RTC:Real Time Computer)는 원하는 시간에 원하는 시간동안 추력기(20)의 솔레노이드 밸브(16)를 구동시키는 명령이 DA(15:Digital to Analog)보드에서 출력되도록 하며, 추력기(20)의 작용에 의하여 생성된 추력은 로드셀(7)에 작용하여 실시간 컴퓨터(14)의 AD(17)보드를 통하여 측정된 추력이 저장 되도록 구성한다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 추력기(20)가 수평받침대(4)에 연결되어 추력 측정 준비를 마친 후 0.5㎏ 단위의 분동(13)을 켈리브레이션 받침대(11)에 올려놓아 무게별 로드셀 출력값을 측정함으로써 켈리브레이션을 수행한다.

분동(13)의 무게는 추력기(20)의 추력보다 1.5배 정도의 힘을 가지도록 만든다.

예를들어 5㎏_f의 추력을 측정하기 위해서는 0.5 ∼ 7.5㎏의 분동(13)을 제작한다.

켈리브레이션의 순서는 먼저 분동(13)이 없는 상태에서 실시간 컴퓨터(14)에 로드셀 값을 저장한다.

분동(13)은 0.5㎏씩 늘려가면서 데이터를 저장하며, 저장된 데이터는 나중에 추력기(20)의 추력 값을 결정하는 값으로 사용된다.

추력기(20)의 추력 측정 신호값은 분동(13)으로 측정된 값들의 삽입(interpolation)으로 추력 크기를 결정한다.

추력기(20)의 추력을 측정한 경우에는 분동(13)을 모두 분리 후 추력을 측정하게 된다.

분동(13)은 원형으로 제작하며, 윗면의 중앙에 양각이 되게 하고, 아래 면의 중앙에는 음각이 되게 하여 무게 중심이 항상 전체 시스템의 중앙에 오도록 하여 정확한 추력값을 측정하게 한다.

실시간 컴퓨터(14)의 원하는 시간에 일정한 시간으로 추력기(20)의 솔레노이드 밸브(16)를 구동시키는 명령이 DA(15)보드에서 출력이 된다.

이 명령에 의해 추력기(20)가 작동하며, 추력기(20)는 옆면에 유연호스를 통하여 일정한 압력의 질소가스가 공급되고 있기 때문에 추력기(20)의 솔레노이드 밸브(16)가 구동하게 되면 일정한 압력의 질소가스가 위쪽 방향으로 분출하게 되어 작용 반작용의 원리에 의하여 하측의 로드셀(7)에 이에 비례하는 힘이 가해진다.

로드셀(7)에 힘이 가해지면 이에 비례하는 신호가 생성되며, 이를 실시간 컴퓨터(14)의 AD(17)보드를 통하여 실시간 컴퓨터(14)에 저장이 된다.

추력기(20)가 작동되면 수평받침대(4)가 연결된 슬라이딩봉(6)에서 수직방향으로만 움직임이 발생되도록 한다.

로드셀(7)이 고정된 고정받침대(2)의 로드셀 고정용 보울트(10)는 로드셀(7)을 전체 시스템의 중앙에 고정시킨다.

로드셀 치구(8)는 로드셀(7)의 상측에 연결되어 받침대(21)와의 접점을 크게 하기 위하여 사용되며, 수평받침대 치구(9) 역시 로드셀 치구(8)와 접점을 많이 하게 수평으로 제작되어 있어서 수평받침대(4)와 받침대(21)는 자체하중으로 수평받침대 치구(9)를 통하여 로드셀 치구(8)를 누르게 되며 로드셀 치구(8)는 로드셀(7)을 눌러 신호가 나오도록 한다.

본 발명은 냉가스 추력기용 추력 측정장치를 이용하여 추력기의 추력 및 응답특성을 측정하여 로켓 및 인공위성용 추력기 추력 측정에 활용하여 안정된 자세제어기를 설계할 수 있는 것이다.

본 발명은 추력기의 무게가 변하더라도 정확한 추력을 측정할 수 있는 것이다.

본 발명은 추력기를 수평받침대에 장착한 후 켈리브레이션 받침대에 0.5㎏의 무게를 늘려가면서 로드셀값을 저장하므로 정확한 추력값이 측정되도록 하는 것이다.

Claims

고정받침대(2)의 3곳에서 슬라이딩봉(6)을 돌출시켜 수직 이동되는 수평받침대(4)를 연결하며,

상기 고정받침대(2)를 지지하기 위하여 기둥(3)이 밸런싱 웨이트(1)에 고정되며,

상기 수평받침대(4)의 중앙으로 추력기(20)가 연결되고 외측에서 봉(22)으로 연결된 받침대(21)의 상측에 추력기(20)가 고정되며,

상기 수평받침대(4)의 양측에서 실(12)이 하측으로 연결되어 고정받침대(2)의 하측에 켈리브레이션 받침대(11)와 연결되고,

상기 고정받침대(2)의 중앙에 로드셀(7)이 설치되고,

상기 켈리브레이션 받침대(11)에 분동(13)이 올려지는 것을 특징으로 하는 냉가스 추력기의 추력 측정장치.
제 1항에 있어서, 추력기(20)의 솔레노이드 밸브(16)는 실시간 컴퓨터(14)의 DA(15)보드와 연결하여 실시간 컴퓨터(14)의 명령에 의해 작동되게 하고,

로드셀(7)은 실시간 컴퓨터(14)의 AD(17)보드에 연결하여 로드셀(7)에서 생성되는 신호가 실시간 컴퓨터(14)에 저장되게 하는 것을 특징으로 하는 냉가스 추력기의 추력 측정장치.
제1항에 있어서, 로드셀(7)은 하측에서 고정방침대(2)에 로드셀용 고정용 보울트(10)로 고정되고 상측으로 로드셀 치구(8)와 연결되며, 로드셀 치구(8)의 상측으로 받침대(21)에 설치된 수평받침대 치구(8)와 중심점이 일치되도록 연결됨을 특징으로 하는 냉가스 추력기의 추력 측정장치.
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