KR100905517B1 - 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치 - Google Patents

Abstract

개시된 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치는, 상부가 개구된 형상을 가지는 통 형상 부재로, 하단부에 유체유입구가 형성된 상태로 수압압력용기; 가동노즐모사체와, 수압압력용기 상부에 결합되고 수압압력용기 내부에 수압격실을 가지도록 가동노즐모사체가 거치상태로 결합되며 저면부에는 후방연결링을 구비하는 가동노즐 연결링과, 후방연결링에 하단부가 장착되는 플렉스실 조인트와, 가동노즐모사체 하단부에 결합되며 상면부에는 플렉스실 조인트의 상단부가 장착되는 전방연결링을 구비하는 전방덮개로 구성되는 노즐부; 수압압력용기와 연결되어 수압격실로 작동유체의 공급에 따른 수압상태를 조절하여 노즐부를 충격시키는 수압설비를 포함하는 것을 특징으로 한다.

킥모터, 가동노즐, 연소압력, 추력벡터제어, 노즐, 시험, 분석, 수압

Description

킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치{Simulator for combustion pressure of kick motor having movable nozzle}

본 발명은 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고체모터 연소특성 및 가동노즐의 비선형 운동특성과 연계된 구동장치 시스템의 기능 및 성능 특성을 용이하게 시험할 수 있는 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치에 관한 것이다.

일반적으로, 고체모터 추진기관의 추력벡터 제어는 고체모터 내부에서 연소된 추진 화염을 노즐의 중앙부로 분출시키며 화염의 방향을 바꾸어주는 노즐의 회전운동을 필요로 한다.

이는 동심을 갖는 다층의 회전운동 안내용 구면형 구조체 박판 사이에 고무 탄성체 패드를 접합 및 적층시켜 고무의 전단운동이 회전운동 안내용 구면형 구조체 박판의 동심에 대한 회전운동을 가능케 하는 플렉스실(Flexseal, 유연-밀봉형) 조인트 형상을 노즐의 선단부에 장착시킨 가동노즐에 의하여 이루어진다.

위성체를 요구하는 궤도에 투입시키기 위해서는 해당 고도까지 위성을 도달시키기 위한 추진기관과 정확한 요구궤도 투입에 소요되는 발사체의 자세 및 궤적제어를 위한 제어장치 등을 필요로 한다.

도 1과 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 추진기관과 제어장치의 조합 방식 중에 고체모터 추진제의 연소에 의해 발생되는 화염의 분사 방향을 가동노즐(1)의 방향을 변경시켜서 추력의 방향을 직접 제어하는 고체모터 가동노즐(1) 추력벡터제어 구동장치시스템이 국내에서 개발되는 위성발사체의 위성탑재부용으로 선정되어 개발 중에 있다.

이러한, 가동노즐(1)을 갖는 고체모터 추진기관의 추력벡터제어는 구동장치시스템의 서보작동기(9)로 가동노즐(1)을 회전시켜 이루어진다. 고체모터 케이스(3)에 대한 가동노즐의 상대적인 회전운동은 플렉스실 조인트(2)의 전단회전 운동에 의하여 이루어진다. 플렉스실 조인트(2)에는 가동노즐(1)의 회전을 위하여 동심을 갖는 다층의 구면형 구조체 박판(7) 사이에 탄성 고무 중합체 패드(8)가 충전 또는 적층 접합되어 있다.

추력벡터제어는 동심을 갖는 다층의 회전운동 안내용 구면형 구조체 박판(7) 사이에 탄성 고무 중합체 패드(8)를 충전 또는 적층 접합시켜 고무의 전단운동이 회전운동 안내용 구면형 구조체 박판(7)의 동심에 대한 회전운동을 가능케 하는 플렉스실 조인트(2) 형상을 노즐의 선단부에 장착시킨 가동노즐(1)에 의하여 이루어진다.

고체모터 점화시 연소관에 급작스럽게 형성되는 내부 연소압력에 의하여 플렉스실 조인트(2)의 다층 탄성 고무 중합체 패드(8)는 압축되며 이는 가동노즐(1)의 점화 충격 압력에 기인한 후퇴운동을 유발시킨다.

고체모터 연소중 가동노즐(1)의 중앙 개구부를 통하여 연소가스가 분출되어 추 력을 발생시키며 추진제의 연소특성에 따라 연소관 내부의 압력은 시간에 따라 가변된다.

이와 같은 연소압력의 변화는 플렉스실 조인트(2)의 수압면적에 작용하여 연소압력의 변동에 기인한 가동노즐(1) 기축 전/후 방향으로의 압축 및 신장운동을 유발시킨다.

이와 같이 가동노즐(1) 운동은 플렉스실 조인트(2)에 의한 추력벡터제어를 위한 회전운동 성분과 고체모터 연소압력 변화에 기인한 기축 전/후 방향으로의 선형운동 성분이 중첩된 형태로 발생한다.

아울러 탄성 고무 중합체 패드(8)의 고유 비선형 물질 특성상 이론적으로는 동심을 갖는 구면형 구조체 박판(7)들의 회전중심은 초기 동심 위치에서 이탈하게 되며 연소압력에 의한 플렉스실 조인트(2)의 압축변위도 선형적인 비례관계에서 이탈하는 비선형 운동 특성을 갖게 된다.

가동노즐 추력벡터제어 구동장치시스템은 위와 같은 가동노즐(1)의 회전 및 선형운동의 중첩과 플렉스실 조인트의 비선형 특성을 수용하며 정확한 노즐의 회전각 위치제어를 통한 발사체의 궤적 및 자세제어를 수행하여야 한다.

이를 달성하기 위하여 구동장치시스템은 서보작동기(9)와 카운터 포텐시오미터(10)를 사용한 보상제어회로를 포함하고 있다.

이와 같은 가동노즐 추력벡터제어용 구동장치시스템의 기능 및 성능 시험평가는 구동장치시스템 뿐만 아니라 고체모터의 연소특성 및 가동노즐 플렉스실 조인트(2)가 통합되어야만 가능하기 때문에 기존에는 고체모터 지상연소시험 단계에서만 가능하 게 된다.

따라서, 발사체 개발 공정중 후기 단계에 위치하고 있는 지상연소 시험시 문제가 발생할 경우 구동장치시스템의 보완 또는 개선에는 많은 시간이 소요되어 개발 일정이 지연되는 문제점이 발생한다.

아울러 지상연소시험의 수행은 많은 비용을 요구하기 때문에 시험의 기회도 제한적인 문제점이 있다.

위와 같은 문제를 개선하기 위하여, 도 4와 같은 대형 상/하 공기 벨로우즈(28)를 사용한 킥모터 가동노즐 연소압력 모사 시험평가장치를 개발하여 운용하고 있다.

그러나, 대형 공기 벨로우즈(28) 내의 대용량 저압 압축공기의 유동에 기인한 시간지연의 문제 때문에 고체모터의 점화시 발생하는 일정수준 이상의 급격한 충격운동의 모사는 제한적인 문제점이 있다.

아울러, 고체모터 연소압력에 의한 플렉스실 조인트(2)의 압축력을 공기 벨로우즈(28)에서 발생시킨 후 인장력 전달용 링크(29)와 플렉스실 조인트(2)의 이론적 회전 중심에 위치한 구면 베어링을 사용하여 기계적인 방식으로 전달하기 때문에 플렉스실 조인트(2) 회전중심의 운동이 기축 방향으로는 자유로우나 가동노즐의 회전 방향으로는 미소한 간섭을 받아 구동장치시스템의 제어 성능 평가에 영향을 작용시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 고체모터의 점화충격 및 연소압력 변동에 기인한 가동노즐의 운동을 보다 정확하게 모사하여 지상연소 시험이전단계에서 적은 비용으로 안전성을 확보한 상태에서 완성도 높은 발사체 적용 추력벡터제어 구동장치시스템의 기능 및 성능시험을 가능하게 하는 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치는, 상부가 개구된 형상을 가지는 통 형상 부재로, 하단부에 유체유입구가 형성된 상태로 수압압력용기와; 가동노즐모사체와, 상기 수압압력용기 상부에 결합되고 상기 수압압력용기 내부에 수압격실을 가지도록 상기 가동노즐모사체가 거치상태로 결합되며 저면부에는 후방연결링을 구비하는 가동노즐 연결링과, 상기 후방연결링에 하단부가 장착되는 플렉스실 조인트와, 상기 가동노즐모사체 하단부에 결합되며 상면부에는 상기 플렉스실 조인트의 상단부가 장착되는 전방연결링을 구비하는 전방덮개로 구성되는 노즐부; 및, 상기 수압압력용기와 연결되어 상기 수압격실로 작동유체의 공급에 따른 수압상태를 조절하여 상기 노즐부를 충격시키는 수압설비를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 노즐부의 가동노즐모사체에는 상기 가동노즐모사체의 피치 및 요방향 추력벡터 제어를 위한 복수개의 서보작동기와 카운터포텐시오미터가 장착 구비되 는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 노즐부의 가동노즐 연결링에는 복수개의 기포배출포트를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수압설비는 상기 수압압력용기에 공급할 작동유체를 저장하는 저장조와, 상기 저장조와 연결되며, 상기 저장조의 작동유체를 고압상태로 배출되게 하는 수압펌프와, 상기 저장조에 연결되며, 상기 수압설비의 배관 및 상기 수압격실에 작동유체를 순환시켜 내부의 기포를 상기 저장조로 포집되게 하는 순환펌프와, 상기 수압펌프와 연결되며, 상기 수압펌프에서 공급되는 작동유체를 고압상태로 저장하는 축압기와, 상기 축압기와 연결되어 상기 축압기에 저장된 고압상태 작동유체의 상기 수압격실 공급여부를 조절하는 급속개폐밸브와, 상기 수압격실과 상기 저장조 사이에 설치되어 점화충격 모사시험 직후에 상기 수압격실에 저장된 작동유체를 저장조로 배출되게 하는 감압밸브와, 상기 수압격실과 및 상기 감압밸브 사이에 설치되어 점화충격 모사시험 직후에 상기 수압격실의 압력을 조정하기 위한 압력조절기를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 수압설비는 상기 감압밸브와 상기 저장조 사이의 배관에 설치되어 상기 감압밸브를 통해 배출되는 유체의 이물질을 제거하는 필터와, 상기 축압기와 연결되어 상기 급속개폐밸브의 고장시 수동으로 작동하여 상기 축압기에 저장된 고압상태 작동유체의 상기 수압격실 공급여부를 조절하는 수동개폐밸브 및, 상기 수압압력용기의 수압격실 및 상기 저장조사이를 연결하는 배관에 설치되는 완충축압기를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치는, 수압 방식으로 공기압 방식대비 작동유체의 압축성이 매우 작기 때문에 상대적으로 작은 유동 용량을 필요로 하여 신속한 응답성을 가질 뿐만 아니라 안전성도 우수해지며, 고체모터의 점화충격 및 연소압력 변동에 기인한 가동노즐의 운동을 보다 정확하게 모사하여 지상연소 시험 이전 단계에서 적은 비용으로 안전성을 확보하면서 완성도 높은 발사체 적용 추력벡터제어 구동장치시스템의 통합 기능/성능시험을 가능하게 하는 효과를 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적인 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치의 개략 구성 단면도이고, 도 6은 도 5의 "A"부분 확대도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치는, 수압압력용기(100), 노즐부(200), 수압설비(300)를 구비하고 있다.

상기 수압압력용기(100)는 상부가 개구된 통 형상의 부재로, 이후 설명될 상기 수압설비(300)에서 작동유체를 공급받아 작동유체 유입에 따른 수압을 상기 노즐부(200)로 전달한다.

여기서, 상기 수압압력용기(100)의 하단부에는 상기 수압설비(300)에서 공급되는 작동유체를 공급받기 위한 유체유입구(110)를 형성한다.

이러한, 상기 수압압력용기(100)는 상기 수압설비(300)에 의한 수압으로 상기 노즐부(200)에 충격을 안정적으로 전달할 수 있도록 지반 또는 지면에 고정안치되는 구조를 가지는 것이 바람직하다.

상기 노즐부(200)는 상기 수압압력용기(100) 상부에 설치되는 부분이다.

이러한, 상기 노즐부(200)는 가동노즐모사체(210)와, 상기 가동노즐모사체(210)를 상기 수압압력용기(100) 상부에 거치상태로 결합시키는 가동노즐 연결링(220)을 포함한다.

여기서, 상기 가동노즐모사체(210)는 실물 노즐과 동일한 체결구조 및 관성모멘트를 가지도록 설계한다.

상기 가동노즐모사체(210)의 측면에는 노즐의 피치 및 요방향 추력벡터제어를 위한 한 쌍의 서보작동기(211)가 90도 이격된 위치에 설치되며, 각 서보작동기(211)의 180도 이격된 위치에는 플렉스실 조인트(230)의 압축운동 및 비선형운동에 기인한 가동노즐모사체(210)회전운동 각도의 교란을 보상하기 위한 카운터 포텐시오미터(212)를 설치한다.

그리고, 상기 가동노즐 연결링(220)은 상기 수압압력용기(100) 상부에 결합되어 상기 수압압력용기(100) 내부에 수압격실(120)을 가질 수 있도록 상기 가동노즐모사체(210)를 상기 수압압력용기(100) 상부에 거치상태로 고정한다.

이러한, 상기 가동노즐 연결링(220)에는 상기 수압압력용기(100)의 수압격실(120) 및 상기 수압설비(300)와 상기 수압압력용기(100)를 연결하는 배관 내에 있는 기포를 배출시키는 복수개의 기포배출포트(221)를 가진다.

더불어, 상기 가동노즐 연결링(220)의 저면부에는 이후 설명될 플렉스실 조인트(230)의 하단부가 결합되는 후방연결링(222)을 구비한다.

또한, 상기 노즐부(200)는 하단부가 상기 후방연결링(222)에 결합되는 플렉스실 조인트(230)와, 상기 가동노즐모사체(210)의 하단부에 결합되는 전방덮개(240)를 포함한다.

여기서, 상기 플렉스실 조인트(230)는 원통형의 링구조를 가지며, 원주방향의 두께면에는 회전운동 구면형 구조체 박판(도면미도시)이 이격상태로 적층되어 있고, 그 사이에는 고무 탄성체 패드(도면미도시)가 적층되어 있는 구조를 가지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전방덮개(240)의 상면부에는 상기 플렉스실 조인트(230)의 상단부가 장착되는 전방연결링(241)을 구비한다.

이에 따라, 상기 플렉스실 조인트(230)의 전방부분은 상기 전방연결링(241)과 상기 전방덮개(240)에 의해 밀폐된 상태로 상기 수압설비(300)에서 공급되는 작동유체 의 수압을 수용하게 되며, 상기 플렉스실 조인트(230)의 후방부분은 후방연결링(222)과 가동노즐 연결링(220)에 의하여 밀폐된다.

상기 수압설비(300)는 상기 수압압력용기(100)와 연결되어 상기 수압압력용기(100)의 수압격실(120)로 작동유체를 공급하는 설비이다.

즉, 상기 수압설비(300)는 상기 수압압력용기(100)의 유체유입구(110)와 배관을 통해 연결되어 작동유체를 상기 수압격실(120)로 공급 수압에 의해 상기 노즐부(200)를 충격되게 한다.

이러한, 상기 수압설비(300)는 저장조(310), 수압펌프(320), 순환펌프(330), 축압기(340), 급속개폐밸브(350), 감압밸브(360), 압력조절기(370)를 포함한다.

여기서, 상기 저장조(310)는 상기 수압압력용기(100)에 공급할 작동유체를 저장하는 탱크이다.

이러한, 상기 저장조(310)의 출구측은 상기 순환펌프(330) 및 상기 수압펌프(320)에 연결되며, 입구측은 상기 수압설비(300)에서 압력이 소진된 작동유체를 공급받는 배관을 연결한다.

여기서, 상기 저장조(310)의 입구측에 연결된 배관의 타단부는 앞서 설명한 상기 노즐부(200)의 가동노즐 연결링(220)에 형성된 기포배출포트(221)에 연결한다.

상기 수압펌프(320)는 상기 저장조(310)에 저장된 작동유체를 고압상태로 배출되게 하는 펌프이다.

이러한, 상기 수압펌프(320)는 상기 저장조(310)의 입구측에 배관으로 연결되어, 상기 저장조(310)로부터 작동유체를 공급받아 압력을 고체모터의 정격 연소압력 대비 3배 수준의 고압으로 상승시켜 상기 축압기(340)로 공급한다.

상기 순환펌프(330)는 상기 수압설비(300) 전체의 배관 내부 및 상기 수압격실(120)에 있는 기포를 제거하기 위해 상기 저장조(310)의 작동유체를 배출 순환되게 하는 펌프이다.

이러한, 상기 순환펌프(330)는 상기 저장조(310)의 입구측에 배관으로 연결되어, 상기 저장조(310)의 작동유체를 상기 수압설비(300)의 배관 및 상기 수압격실로 공급시켜 내부에 있는 기포를 상기 저장조(310)로 포집될 수 있도록 순환시킨다.

상기 축압기(340)는 상기 수압펌프(320)와 연결되는 압축탱크이다.

이러한, 상기 축압기(340)는 상기 수압펌프(320)로부터 공급되는 고체모터의 정격 연소압력 대비 3배 수준의 고압상태 작동유체를 저장한 후, 이후 상기 급속개폐밸브(350)가 개방되면 상기 수압격실(120)로 작동유체를 공급될 수 있게 한다.

상기 급속개폐밸브(350)는 상기 축압기(340)와 연결되는 밸브이다.

즉, 상기 급속개폐밸브(350)는 상기 축압기(340)와 상기 수압압력용기(100)의 수압격실(120)을 연결하는 배관에 설치되어 상기 축압기(340)에 저장된 압축유체의 상기 수압격실(120)로의 공급유무를 조절한다.

상기 감압밸브(360)는 상기 수압압력용기(100)의 수압격실(120)과 상기 저장조(310)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브이다.

이러한, 상기 감압밸브(360)는 점화충격 모사시험 직후 상기 수압격실(120)에 저장되어 있는 고압의 작동유체를 상기 저장조(310)로 배출 귀환되게 한다.

여기서, 상기 감압밸브(360)와 병렬로 설치되는 상기 급속개폐밸브(350)를 동 시에 사용하지 않게 되는데, 그 이유는 상기 수압격실(120)과 상기 저장조(310) 사이의 급격한 압력차 및 이에 의한 유동이 수격현상을 발생시켜 이후 설명될 필터(400) 및 귀환 배관을 손상시키는 것을 방지하기 위함이다.

상기 압력조절기(370)는 상기 수압압력용기(100)의 수압격실(120)과 상기 감압밸브(360) 사이의 배관에 설치되는 부재이다.

더욱 상세하게는, 상기 압력조절기(370)의 입력포트는 상기 수압격실(120)에 연결되며, 출력포트는 상기 저장조(310)를 향하는 귀환 배관에 연결된다.

이러한, 상기 압력조절기(370)는 초기 점화층격 모사운동 이후 상기 수압격실(120)의 압력을 기지의 고체모터 연소압력 시간 이력 데이터로 추종시키기 위한 압력 조정기능을 수행한다.

더불어, 상기 수압설비(300)에는 필터(400)와, 수동개폐밸브(500), 완충축압기(600)를 구비할 수도 있다.

여기서, 상기 필터(400)는 상기 수압압력용기(100)의 수압격실과 상기 감압밸브(360) 사이를 연결하는 배관 내부에 설치되는 부재이다.

이러한, 상기 필터(400)는 상기 감압밸브(360)를 통해 배출되는 작동유체 내 오염물을 제거하여 상기 수압설비(300)에 사용되는 작동유체의 청정도를 향상시킨다.

그리고, 상기 수동개폐밸브(500)는 상기 급속개폐밸브(350)와 마찬가지로 상기 축압기(340)와 연결되는 밸브이다.

더욱 상세하게는, 상기 급속개폐밸브(350)에 병렬상태로 상기 축압기(340)와 상기 수압압력용기(100)의 수압격실(120)을 연결하는 배관에 설치되어 상기 급속개폐 밸브(350)의 고장시 수동으로 상기 축압기(340)에 저장된 압축유체의 상기 수압격실(120)로의 공급유무를 조절한다.

마지막으로, 상기 완충축압기(600)는 상기 수압압력용기(100)의 수압격실(120) 및 상기 저장조(310)사이를 연결하는 배관에 설치되는 압축탱크이다.

이러한, 상기 완충축압기(600)는 상기 가동노즐모사체(210)의 급격한 후퇴운동을 유발시키기 위해 상기 축압기(340)로부터 수압격실(120)로 공급되는 고압의 작동유체 용적이 과다하여 상기 플렉스실 조인트(230)의 과다 압축에 의한 손상을 방지하게 된다.

즉, 상기 완충축압기(600)에는 시험에 요구되는 상기 수압격실(120)의 정격 압력대비 1.1배 수준의 초기 축압력을 가지게 된다.

이와 같이, 구성되는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 킥모터 가동노즐 연소압력 모사 시험장치의 유사 고체모터의 연소시뮬레이션을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에서 명시하는 킥모터 가동노즐 연소압력 모사 시험장치를 사용한 구동장치시스템의 기능 및 성능시험은, 상기 수압격실(120) 및 이에 연결된 모든 수압 배관의 기포를 제거한 상태에서 수행하여야 한다.

일반적인 고체모터 연소압력은 1,000 psig 수준이므로 상기 수압격실(120) 및 주변 배관에 기포가 다량 존재시 대기압 수준 14.7 psig에서 연소압력 1,000 psig 수준으로의 급격한 압력 인가는 기체의 경우 용적 변화율이 매우 크기 때문에 상기 축압기(340)에서 보유하고 있는 고압 작동유체의 용량이 부족하여 초기 고체모터 점화에 의한 연소압력의 급상승 현상의 모사가 용이치 않다.

이를 방지하기 위하여 시험 이전 단계에서 상기 순환펌프(330)와 상기 급속개폐밸브(350) 및 상기 수동개폐밸브(500)의 적합선 선택에 의하여 작동유체를 기포배출포트(221)를 경유하여 순환시켜 수압격실(120) 및 주변 배관의 기포 제거를 수행하게 된다.

이후, 해석 또는 선행된 유사 고체모터의 연소시험에 의하여 예측되는 기지의 모사된 연소압력의 시간 이력 데이터를 추종하도록 상기 수압격실(120)의 유량을 제어하여 연소압력을 모사한다.

이때, 기지의 고체모터 연소압력 시간 이력 데이터 중 점화 초기의 급격한 연소압력 상승은 다음과 같이 모사한다.

즉, 상기 축압기(340)의 가스 충전 압력을 초기 점화 충격에 의한 연소압력 대비 3배 이상으로 충전한다.

그리고, 상기 완충축압기(600)의 충전압력은 초기 점화 충격에 의한 연소압력의 1.1배 수준으로 충전한다.

이후, 상기 수동개폐밸브(500)와 상기 압력조절기(370)가 잠긴 상태에서 상기 수압격실(120)과 연결된 배관 중 상기 축압기(340) 배관을 제외한 모든 배관의 상기 급속개폐밸브(350)를 닫는다.

동시에, 공압으로 구동되는 정용량 맥동형 수압펌프(320)를 사용하여 상기 수압격실(120) 및 상기 축압기(340), 상기 완충축압기(600)의 압력이 초기 점화 충격 압력이 형성될 때까지 유량을 공급한다.

이 상태에서의 상기 수압펌프(320)에서 상기 수압격실(120) 및 축압기(340), 완충축압기(600)로 공급한 유량은 수압펌프(320)에 내장된 카운터의 맥동 횟수와 1회 맥동당 토출량에 의하여 계산되어 진다.

상기 축압기(340) 및 완충축압기(600)의 초기 가스 충전압력이 점화 충격 압력보다 모두 높기 때문에 상기 수압펌프(320)에 의하여 공급된 유량은 모두 수압격실(120)에 보내어져 상기 플렉스실 조인트(230)의 압축에 기인한 수압격실(120) 용적 팽창 및 가동노즐모사체(210)의 기축방향 후퇴운동에 사용된다.

즉, 상기 수압펌프(320)의 공급 유량은 상기 수압격실(120)의 체적 증가량과 동일하게 된다.

이와 같은 과정을 수행하여 고체모터 점화시 연소압력 증가에 기인한 점화 충격 운동에 필요한 수압격실(120)의 용적 증가량을 확인하고 기록한다.

그리고, 상기 감압밸브(360)의 압력을 순차적으로 낮추어 상기 수압격실(120)의 해압과 동시에 작동유체를 상기 저장조(310)로 배출시킨다.

더불어, 고체모터의 점화 및 급작스런 연소압 증가에 기인한 가동노즐의 점화 충격 운동의 모사는 다음과 같이 수행한다.

상기 수압격실(120)에 연결된 모든 포트의 급속개폐밸브(350) 및 상기 수동개폐밸브(500)를 닫은 상태에서 상기 축압기(340) 전단의 상기 급속개폐밸브(350)를 개방한 후, 위의 예비 실험을 통하여 파악한 점화 충격 운동에 필요한 상기 수압격실(120)의 팽창 용적량을 축압기(340)에 축압시킨다.

이 상태에서 상기 축압기(340) 전단의 급속개폐밸브(350)를 닫은 후, 후단의 급속개폐밸브(22)를 개방하면 축압되어 있던 고압의 작동유체가 급격히 상기 수압격실(120)로 공급되어 가동노즐의 점화 충격 운동을 모사하게 된다.

이 때, 구동장치시스템은 카운터 포텐시오미터(212)의 길이가 확장되면서 서보작동기(211)에 제어입력을 공급하여 가동노즐모사체(210)가 회전각 성분이 발생하지 않는 상태로 기축 방향으로 후퇴할 수 있도록 한다.

더불어, 상기 완충 축압기(340)는 고체모터 점화시 발생하는 초기 연소압력 수준 이상의 비정상적인 과도 압력이 수압격실(120)에 발생할 경우 플렉스실 조인트(230)의 파손을 방지하기 위해 작동되며, 이러한 완충 축압기(340)는 이와 같은 안전을 목적으로한 완충 작용을 수행하기 위하여 가스 격실의 초기 충전 압력을 점화 초기 연소압력의 1.1배 수준으로 제한하게 된다.

그리고, 고체모터의 초기 점화 및 급격한 연소압력 상승에 기인한 가동노즐모사체(210)의 점화 충격 운동 이후의 시간에 따른 연소압력 변화는 상기 압력조절기(370)와 수압펌프(320)를 연동하여 수행한다.

즉, 상기 압력조절기(370)는 상기 수압격실(120)의 압력을 측정한 후 기지의 모사된 시간 이력 압력 프로파일 입력 데이터와 비교하여 오차량을 되먹임 제어하는 압력 서보 방식을 사용하여 상기 수압격실(120)의 유량을 미세하게 제어하여 연소압력을 모사한다.

이때, 연소압력이 초기 점화시 압력보다 높은 경우 상기 압력조절기(370)의 밸브가 닫힌 상태에서 상기 수압펌프(320)를 사용하여 수압격실(120)에 작동유체를 공급하여 압력을 상승시킨다.

이와 같이, 본 발명의 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치는, 구동장치시스템 개발 초기 단계에서부터 해석 또는 선행된 유사 고체모터의 연소시험에 의하여 예측되는 기지의 모사된 연소압력의 시간 이력 데이터를 바탕으로 한 연계 통합시험을 가능하게 하는 바, 구동장치시스템이 가동노즐의 점화 충격에 의한 급격한 후퇴 운동 및 플렉스실 조인트(230)를 구성하는 다층의 탄성 고무 중합체 패드의 비선형 운동 특성을 극복하고 기능 및 성능을 정상적으로 수행하는지를 개발 초기 단계에서 판단할 수 있게 하여 개발의 효율성을 제고시킨다.

더불어, 기존의 공기 벨로우즈 및 연소압력 전달을 위한 인장력 전달용 링크를 사용한 고체모터 연소압력 모사 방식과 비교하여 수압을 사용하기 때문에 가동노즐의 점화 충격 운동의 경우 고압의 수압 작동매체의 작은 유동량 때문에 보다 신속한 모사를 가능하게 한다.

아울러 가동노즐 플렉스실 조인트의 회전중심이 연소압력 전달용 링크에 의하여 구속되지 않는 자유로운 운동을 보장하여 실 연소압력 조건에서의 가동노즐 운동 특성을 보다 정확하게 모사할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 플렉스실 조인트형 가동노즐을 추력벡터제어 장치로 사용한 발사체 추진기관의 절개 사시도

도 2는 도 1의 단면도

도 3은 비행용 실물형 플렉스실 조인트의 구성 단면도

도 4는 종래의 킥모터 가동노즐 연소압력 모사 시험평가장치의 개략 구성단면도

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치의 개략 구성단면도

도 6은 도 5의 "A"부분 확대도

Claims (5)

1. 상부가 개구된 형상을 가지는 통 형상 부재로, 하단부에 유체유입구가 형성된 수압압력용기와;

   가동노즐모사체와, 상기 수압압력용기 상부에 결합되고 상기 수압압력용기 내부에 수압격실을 가지도록 상기 가동노즐모사체가 거치상태로 결합되며 저면부에는 후방연결링을 구비하는 가동노즐 연결링과, 상기 후방연결링에 하단부가 장착되는 플렉스실 조인트와, 상기 가동노즐모사체 하단부에 결합되며 상면부에는 상기 플렉스실 조인트의 상단부가 장착되는 전방연결링을 구비하는 전방덮개로 구성되는 노즐부; 및,

   상기 수압압력용기와 연결되어 상기 수압격실로 작동유체의 공급에 따른 수압상태를 조절하여 상기 노즐부를 충격시키는 수압설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 노즐부의 가동노즐모사체에는 상기 가동노즐모사체의 피치 및 요방향 추력벡터 제어를 위한 복수개의 서보작동기와 카운터포텐시오미터가 장착 구비된 것을 특징으로 하는 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 노즐부의 가동노즐 연결링에는 복수개의 기포배출포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 수압설비는

   상기 수압압력용기에 공급할 작동유체를 저장하는 저장조와,

   상기 저장조와 연결되며, 상기 저장조의 작동유체를 고압상태로 배출되게 하는 수압펌프와,

   상기 저장조에 연결되며, 상기 수압설비의 배관 및 상기 수압격실에 작동유체를 순환시켜 내부의 기포를 상기 저장조로 포집되게 하는 순환펌프와,

   상기 수압펌프와 연결되며, 상기 수압펌프에서 공급되는 작동유체를 고압상태로 저장하는 축압기와,

   상기 축압기와 연결되어 상기 축압기에 저장된 고압상태 작동유체의 상기 수압격실 공급여부를 조절하는 급속개폐밸브와,

   상기 수압격실과 상기 저장조 사이에 설치되어 점화충격 모사시험 직후에 상기 수압격실에 저장된 작동유체를 저장조로 배출되게 하는 감압밸브와,

   상기 수압격실과 및 상기 감압밸브 사이에 설치되어 점화충격 모사시험 직후에 상기 수압격실의 압력을 조정하기 위한 압력조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 수압설비는

   상기 감압밸브와 상기 저장조 사이의 배관에 설치되어 상기 감압밸브를 통해 배출되는 유체의 이물질을 제거하는 필터와,

   상기 축압기와 연결되어 상기 급속개폐밸브의 고장시 수동으로 작동하여 상기 축압기에 저장된 고압상태 작동유체의 상기 수압격실 공급여부를 조절하는 수동개폐밸브 및,

   상기 수압압력용기의 수압격실 및 상기 저장조사이를 연결하는 배관에 설치되는 완충축압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 킥모터 가동노즐 연소압력 모사시험장치.

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