KR101735351B1 - 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법은 원판형상으로 형성된 판재를 회전시킨 후, 수직 및 수평으로 가압하여 상기 판재의 둘레에 고리형상을 형성하는 단계, 그리고 판재의 중앙부를 금형의 내주면에 밀착되도록 가압하여 상기 판재의 중앙부에 반구형상을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 하나의 판재를 이용하여 고리형상의 프레임부 및 반구형상의 돔부가 일체로 구비된 돔 구조물을 형성함으로써, 제조과정이 간소화되어 제조시간을 단축시킴은 물론, 이를 통하여 제조비용을 절감할 수 있다. 또한, 프레임부와 돔부 간의 용접부위를 배제시켜, 용접불량 및 용접부위의 변형으로 인한 추진제 탱크의 이상을 원천적으로 차단할 수 있고, 비드의 생성으로 인해 전체 추진제 탱크의 무게 증가를 방지할 수 있다.

Description

발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법{Manufacturing method of integrated dome structure of propellant tank for launch vehicle}

본 발명은 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 발사체의 추진제 탱크는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 수용공간을 형성하는 실린더부(2)와 실린더부(2)의 상측에 결합되는 돔 구조물(1)을 포함한다.

돔 구조물(1)은 실린더부(2)의 상측에 배치되어 실린더부(2)에 용접방식으로 연결되는 프레임(10)과, 반구형상으로 형성되어 프레임(10)에 연결되는 돔(20)으로 구성된다.

상세하게는, 돔 구조물(1)의 프레임(10)은 머시닝 공정을 통하여 내주면에 돔(20)과 연결되는 돌기(10a)를 구비한 고리 형상으로 제작되어 실린더부(2)의 상측에 배치되고, 돔(20)은 스피닝 공정을 통하여 반구형상으로 제작되어 상기 돌기(10a)에 용접방식을 통하여 부착됨으로써 프레임(10)과 일체로 연결된다.

그러나, 종래에는 프레임(10)과 돔(20)을 각각 다른 형태의 소재를 이용하여 개별적으로 제작한 뒤, 용접을 통해 일체형상으로 제작하기 때문에, 제조과정이 복잡하여 제조시간 및 제조비용이 증가함은 물론, 용접부위에 형성된 비드(bead)로 인하여 전체 추진제 탱크의 무게가 증가되는 문제점이 있었다.

또한, 용접과정 중 용접부위에 불량이 발생되거나, 발사체의 운행 중 발생되는 환경 요인들로 인하여 용접부위가 변형되거나 파손되는 문제점이 있었다.

한국 등록실용신안공보 제20-0276143호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 돔 구조물을 일체형으로 제작할 수 있는 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법은 원판형상으로 형성된 판재를 회전시킨 후, 수직 및 수평으로 가압하여 상기 판재의 둘레에 고리형상을 형성하는 단계, 그리고 판재의 중앙부를 금형의 내주면에 밀착되도록 가압하여 상기 판재의 중앙부에 반구형상을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 원판형상으로 형성된 판재를 회전시킨 후, 수직 및 수평으로 가압하여 상기 판재의 둘레에 고리형상을 형성하는 단계는 상기 판재에 상기 판재의 직경보다 작은 직경의 홈을 형성하는 단계, 상기 홈에 회전치구를 삽입하여 상기 판재를 회전시키는 단계, 상기 판재를 미리 설정된 온도로 가열하는 단계, 그리고 가압부재를 통하여 상기 판재를 상기 판재의 축방향으로 가압하여, 상기 판재의 둘레에 고리형상으로 형성되고 미리 설정된 두께를 가지는 프레임부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 가압부재는 상기 판재의 상면에 안착되어 상기 판재를 수직방향으로 가압하고, 상기 판재와 동일한 직경을 가지는 원판형상의 가압판, 그리고 상기 가압판의 외주면 및 상기 판재의 외주면에 밀착된 상태를 유지하며 회전되는 가압롤러를 포함할 수 있다.

상기 가압롤러는 상기 가압판에 가압되어 반경방향으로 늘어나는 상기 판재를 상기 판재의 축방향에 대한 수직방향으로 가압하여 상기 프레임부를 미리 설정된 두께로 형성할 수 있다.

상기 판재의 중앙부를 금형의 내주면에 밀착되도록 가압하여 상기 판재의 중앙부에 반구형상을 형성하는 단계는 상기 프레임부가 형성된 판재를, 상기 프레임부의 둘레를 감싸는 제1 홈 및 반구형상의 제2 홈이 형성된 상기 금형에 설치한 후, 회전시키는 단계, 그리고 회전중인 상기 판재의 내측으로 성형롤러를 배치시킨 후, 상기 판재의 중앙부가 상기 제2 홈에 밀착되도록 상기 성형롤러로 상기 판재의 중앙부를 가압하여 돔부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 성형롤러는 원호 형상을 따라 왕복운동하며 상기 판재의 중앙부를 상기 제2 홈 측으로 가압하여 상기 돔부의 두께를 균일하게 유지시킬 수 있다.

상기 금형은 내측에 상기 프레임부의 외주면 및 상기 프레임부의 상, 하면을 지지하는 상기 제1 홈이 형성된 제1 지지부, 그리고 상기 제1 지지부의 상측에 설치되고 내측에 상기 판재의 중앙부가 밀착되는 상기 제2 홈이 형성된 제2 지지부를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 한 실시예에 따른 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법에 따른 일체형 돔 구조물은 원판형상으로 형성된 판재를 회전시킨 후, 수직 및 수평으로 가압하여 상기 판재의 둘레에 고리형상을 형성하는 단계, 그리고 판재의 중앙부를 금형의 내주면에 밀착되도록 가압하여 상기 판재의 중앙부에 반구형상을 형성하는 단계를 포함하는 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법을 통해 제조되는 일체형 돔 구조물로서, 고리형상의 프레임부, 그리고 상기 프레임부의 일 측으로부터 반구형상으로 돌출되는 돔부를 포함한다.

상기 프레임부의 일 측에는 상기 돔부의 둘레를 감싸는 관형의 동체부가 안착되는 제1 안착면이 형성되고, 상기 프레임부의 타 측에는 실린더부의 단부에 안착되는 제2 안착면이 형성될 수 있다.

상기 제1 안착면은 상기 동체부와 기계적 구조로 체결되고, 상기 제2 안착면은 용접을 통하여 상기 실린더부에 결합될 수 있다.

상기 돔부의 두께는 상기 프레임부의 두께보다 작은 크기로 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 하나의 판재를 이용하여 고리형상의 프레임부 및 반구형상의 돔부가 일체로 구비된 돔 구조물을 형성함으로써, 제조과정이 간소화되어 제조시간을 단축시킴은 물론, 이를 통하여 제조비용을 절감할 수 있다.

또한, 프레임부와 돔부 간의 용접부위를 배제시켜, 용접불량 및 용접부위의 변형으로 인한 추진제 탱크의 이상을 원천적으로 차단할 수 있고, 비드의 생성으로 인해 전체 추진제 탱크의 무게 증가를 방지할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 돔 구조물을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 원판형상으로 형성된 판재를 회전시킨 후, 수직 및 수평으로 가압하여 판재의 둘레에 고리형상을 형성하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 판재의 중앙부를 금형의 내주면에 밀착되도록 가압하여 판재의 중앙부에 반구형상을 형성하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 일체형 돔 구조물을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 일체형 돔 구조물에 동체부 및 실린더부가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 3은 원판형상으로 형성된 판재를 회전시킨 후, 수직 및 수평으로 가압하여 판재의 둘레에 고리형상을 형성하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 4는 판재의 중앙부를 금형의 내주면에 밀착되도록 가압하여 판재의 중앙부에 반구형상을 형성하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법(이하 '일체형 돔 구조물 제조방법'이라 함)은 원판형상으로 형성된 판재(10)를 회전시킨 후, 수직 및 수평으로 가압하여 판재(10)의 둘레에 고리형상을 형성하는 단계(S100)를 포함한다.

더 자세하게는, 상기 원판형상으로 형성된 판재(10)를 회전시킨 후, 수직 및 수평으로 가압하여 판재(10)의 둘레에 고리형상을 형성하는 단계(S100)는 판재(10)에 프레임부(11)를 형성하는 단계로서, 판재(10)에 판재(10)의 직경보다 작은 직경의 홈(10b)을 형성하는 단계(S110), 홈(10b)에 회전치구(40)를 삽입하여 판재(10)를 회전시키는 단계(S120), 판재(10)를 미리 설정된 온도로 가열하는 단계(S130), 그리고 가압부재(20)를 통하여 판재(10)를 판재(10)의 축방향으로 가압하여, 판재(10)의 둘레에 고리형상으로 형성되고 미리 설정된 두께를 가지는 프레임부(11)를 형성하는 단계(S140)를 포함한다.

도 3을 참조하면, 본 일체형 돔 구조물 제조방법은 판재(10)에 프레임부(11)를 형성하기 위하여, 먼저, 원판 형상의 판재(10)에 판재(10)의 직경보다 작은 직경의 홈(10b)을 형성한 후, 홈(10b)에 회전 가능한 회전치구(40)를 삽입하여 판재(10)를 회전시킨다.

다음으로, 판재(10)가 회전되면, 프레임부(11)가 형성될 판재(10)의 외측에 가열수단(50)을 이용하여 판재(10)를 가열시킨다. 즉, 본 일체형 돔 구조물 제조방법은 가압수단을 이용하여 프레임부(11)가 형성될 부위를 변형시켜 프레임부(11)를 형성해야 하므로, 프레임부(11)가 형성될 부위의 유동성을 상승시키기 위하여, 프레임부(11)가 형성될 판재(10)의 외측을 가열수단(50)을 이용하여 미리 설정된 온도까지 가열한다. 예컨대, 판재(10)는 알루미늄 소재로 형성되고, 미리 설정된 온도는 430℃ 내지 470℃ 범위 내의 온도일 수 있다.

다음으로, 회전 중인 판재(10)가 가열수단(50)을 통해 미리 설정된 온도까지 가열되면, 가압부재(20)를 판재(10)의 상면 및 판재(10)의 외주면에 밀착시킨 후, 판재(10)를 판재(10)의 축방향으로 가압하여 판재(10)의 둘레에 소정의 두께를 가지는 프레임부(11)를 형성한다. 여기서, 가압부재(20)는 판재(10)의 상면에 밀착되는 가압판(21) 및 판재(10)의 외주면에 밀착되는 가압롤러(23)를 포함할 수 있다. 더 자세하게는, 가압부재(20)는 판재(10)의 상면에 안착되어 판재(10)를 수직방향으로 가압하고, 판재(10)와 동일한 직경을 가지는 원판형상의 가압판(21), 그리고 가압판(21)의 외주면 및 판재(10)의 외주면에 밀착된 상태를 유지하며 회전되는 가압롤러(23)를 포함할 수 있다. 따라서, 가압롤러(23)는 가압판(21)에 가압되어 반경방향으로 늘어나는 판재(10)를 판재(10)의 축방향에 대한 수직방향으로 가압하여 미리 설정된 두께를 가지는 프레임부(11)로 형성할 수 있다.

한편, 본 일체형 돔 구조물 제조방법은 판재(10)의 중앙부(10a)를 금형(30)의 내주면에 밀착되도록 가압하여 판재(10)의 중앙부(10a)에 반구형상을 형성하는 단계(S200)를 포함한다.

더 자세하게는, 상기 판재(10)의 중앙부(10a)를 금형(30)의 내주면에 밀착되도록 가압하여 판재(10)의 중앙부(10a)에 반구형상을 형성하는 단계(S200)는 프레임부(11)가 형성된 판재(10)를, 프레임부(11)의 둘레를 감싸는 제1 홈(31a) 및 반구형상의 제2 홈(33a)이 형성된 금형(30)에 설치한 후, 회전시키는 단계(S210), 그리고 회전중인 판재(10)의 내측으로 성형롤러(60)를 배치시킨 후, 판재(10)의 중앙부(10a)가 제2 홈(33a)에 밀착되도록 성형롤러(60)로 판재(10)의 중앙부(10a)를 가압하여 돔부(13)를 형성하는 단계(S220)를 포함한다.

도 4를 참조하면, 본 일체형 돔 구조물 제조방법은 프레임부(11)가 형성된 판재(10)에 돔부(13)를 형성하기 위하여, 먼저, 프레임부(11)가 금형(30)에 완전히 구속되도록, 판재(10)를 금형(30)에 설치한 후, 회전시킨다. 즉, 본 일체형 돔 구조물 제조방법은 성형이 완료된 프레임부(11)가 완전히 금형(30)에 지지됨과 함께, 판재(10)의 중앙부(10a)가 금형(30)의 내측에 형성된 반구형상의 홈(33a)에 대응되는 위치에 배치될 수 있도록, 금형(30)을 이용하여 프레임부(11)의 상, 하면 및 외주면 만을 감싸도록 지지한 후, 판재(10)를 회전시킨다. 이때, 금형(30)은 복수 개의 구조물이 서로 결합되어 한 개의 몸체를 이루는 구조로 형성될 수 있다. 더 자세하게는, 금형(30)은 내측에 프레임부(11)의 외주면 및 프레임부(11)의 상, 하면을 지지하는 제1 홈(31a)이 형성된 제1 지지부(31), 그리고 제1 지지부(31)의 상측에 설치되고 내측에 판재(10)의 중앙부(10a)가 밀착되는 제2 홈(33a)이 형성된 제2 지지부(33)를 포함할 수 있다.

다음으로, 프레임부(11)가 제1 지지부(31)에 지지된 후, 판재(10)가 회전되면, 도 4를 기준으로, 회전중인 판재(10)의 하측으로 성형롤러(60)를 배치시킨 후, 성형롤러(60)로 판재(10)의 중앙부(10a)를 제2 홈(33a)에 밀착되도록 반복적으로 가압하여 돔부(13)를 형성한다. 이때, 본 일체형 돔 구조물 제조방법은 성형롤러(60)가 원호 형상을 따라 왕복운동하며 판재(10)의 중앙부(10a)를 제2 홈(33a) 측으로 가압하도록 하여, 제2 홈(33a)에 밀착되는 돔부(13)의 두께를 균일하게 유지시킬 수 있다. 예컨대, 성형롤러(60)에 의해 가압된 돔부(13)의 두께는 프레임부(11)의 두께보다 작은 크기로 형성될 수 있다.

이하에서는, 본 일체형 돔 구조물 제조방법을 통해 제조되는 일체형 돔 구조물에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 일체형 돔 구조물을 나타내는 사시도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 일체형 돔 구조물에 동체부 및 실린더부가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 일체형 돔 구조물 제조방법을 통해 제조되는 본 발명의 한 실시예에 따른 일체형 돔 구조물(이하 '일체형 돔 구조물'이라 함)은 원판형상으로 형성된 판재(10)를 회전시킨 후, 수직 및 수평으로 가압하여 판재(10)의 둘레에 고리형상을 형성하는 단계, 그리고 판재(10)의 중앙부(10a)를 금형(30)의 내주면에 밀착되도록 가압하여 판재(10)의 중앙부(10a)에 반구형상을 형성하는 단계를 포함하는 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법을 통해 제조되는 일체형 돔 구조물로서, 고리형상의 프레임부(11), 그리고 프레임부(11)의 일 측으로부터 반구형상으로 돌출되는 돔부(13)를 포함한다.

프레임부(11)는 소정의 두께를 가지는 고리형상으로 형성되어, 일 측에는 돔부(13)의 둘레를 감싸는 관형의 동체부(100)가 안착되는 제1 안착면(11a)이 형성되고, 타 측에는 실린더부(200)의 단부에 안착되는 제2 안착면(11b)이 형성될 수 있다.

또한, 프레임부(11)의 제1 안착면(11a)은 동체부(100)와 기계적 구조로 체결되고, 제2 안착면(11b)은 용접을 통하여 실린더부(200)에 결합될 수 있다. 예컨대, 제1 안착면(11a)에는 동체부(100)와 프레임부(11)를 서로 연결하는 체결부재(300)가 삽입되는 체결공(11c)이 형성될 수 있다.

돔부(13)는 프레임부(11)의 두께보다 작은 두께로 형성되어, 제1 안착면(11a)이 형성된 프레임의 일 측 단부로부터 프레임부(11)의 축 방향을 향하여 반구형상으로 돌출되어 프레임부(11)에 일체로 형성된다. 예컨대, 돔부(13)의 외경은 프레임부(11)의 외경보다 작은 크기로 형성될 수 있다.

이처럼 본 발명에 의하면, 하나의 판재(10)를 이용하여 고리형상의 프레임부(11) 및 반구형상의 돔부(13)가 일체로 구비된 돔 구조물을 형성함으로써, 제조과정이 간소화되어 제조시간을 단축시킴은 물론, 이를 통하여 제조비용을 절감할 수 있다.

또한, 프레임부(11)와 돔부(13) 간의 용접부위를 배제시켜, 용접불량 및 용접부위의 변형으로 인한 추진제 탱크의 이상을 원천적으로 차단할 수 있고, 비드의 생성으로 인해 전체 추진제 탱크의 무게 증가를 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 한 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

10. 판재
10a. 판재의 중앙부 10b. 홈
11. 프레임부
11a. 제1 안착면 11b. 제2 안착면
11c. 체결공
13. 돔부
20. 가압부재
21. 가압판 23. 가압롤러
30. 금형
31. 제1 지지부 31a. 제1 홈
33. 제2 지지부 33a. 제2 홈
40. 회전치구
50. 가열수단
60. 성형롤러
100. 동체부
200. 실린더부
300. 체결부재

Claims (11)

1. 원판형상으로 형성된 판재를 회전시킨 후, 수직 및 수평으로 가압하여 상기 판재의 둘레에 고리형상을 형성하는 단계, 그리고
   판재의 중앙부를 금형의 내주면에 밀착되도록 가압하여 상기 판재의 중앙부에 반구형상을 형성하는 단계
   를 포함하는 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법.
2. 제1항에서,
   상기 원판형상으로 형성된 판재를 회전시킨 후, 수직 및 수평으로 가압하여 상기 판재의 둘레에 고리형상을 형성하는 단계는
   상기 판재에 상기 판재의 직경보다 작은 직경의 홈을 형성하는 단계,
   상기 홈에 회전치구를 삽입하여 상기 판재를 회전시키는 단계,
   상기 판재를 미리 설정된 온도로 가열하는 단계, 그리고
   가압부재를 통하여 상기 판재를 상기 판재의 축방향으로 가압하여, 상기 판재의 둘레에 고리형상으로 형성되고 미리 설정된 두께를 가지는 프레임부를 형성하는 단계
   를 포함하는 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법.
3. 제2항에서,
   상기 가압부재는
   상기 판재의 상면에 안착되어 상기 판재를 수직방향으로 가압하고, 상기 판재와 동일한 직경을 가지는 원판형상의 가압판, 그리고
   상기 가압판의 외주면 및 상기 판재의 외주면에 밀착된 상태를 유지하며 회전되는 가압롤러
   를 포함하는 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법.
4. 제3항에서,
   상기 가압롤러는
   상기 가압판에 가압되어 반경방향으로 늘어나는 상기 판재를 상기 판재의 축방향에 대한 수직방향으로 가압하여 상기 프레임부를 미리 설정된 두께로 형성하는 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법.
5. 제2항에서,
   상기 판재의 중앙부를 금형의 내주면에 밀착되도록 가압하여 상기 판재의 중앙부에 반구형상을 형성하는 단계는
   상기 프레임부가 형성된 판재를, 상기 프레임부의 둘레를 감싸는 제1 홈 및 반구형상의 제2 홈이 형성된 상기 금형에 설치한 후, 회전시키는 단계, 그리고
   회전중인 상기 판재의 내측으로 성형롤러를 배치시킨 후, 상기 판재의 중앙부가 상기 제2 홈에 밀착되도록 상기 성형롤러로 상기 판재의 중앙부를 가압하여 돔부를 형성하는 단계
   를 포함하는 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법.
6. 제5항에서,
   상기 성형롤러는
   원호 형상을 따라 왕복운동하며 상기 판재의 중앙부를 상기 제2 홈 측으로 가압하여 상기 돔부의 두께를 균일하게 유지시키는 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법.
7. 제5항에서,
   상기 금형은
   내측에 상기 프레임부의 외주면 및 상기 프레임부의 상, 하면을 지지하는 상기 제1 홈이 형성된 제1 지지부, 그리고
   상기 제1 지지부의 상측에 설치되고 내측에 상기 판재의 중앙부가 밀착되는 상기 제2 홈이 형성된 제2 지지부
   를 포함하는 발사체용 추진제 탱크의 일체형 돔 구조물 제조방법.
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