KR101802603B1 - 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치 및 시험방법 - Google Patents

제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치 및 시험방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 공압 장치(100)는 고압(~4,000 psig)의 공압하에서 화약의 기폭이 이루어지는 활성화타입 파이로 장치(4)의 작동 성능과 작동 전후 기밀 유지 상태를 제자리에서 측정할 수 있고, 특히 고압(~4,000 psig)의 공압을 파이로 장치(4)로 전달하는 파이로 밸브(3)를 이용함으로써 화약의 기폭이 이루어지지 않는 비활성화타입 파이로 장치(4)의 작동 성능과 작동 전후 기밀 유지 상태를 제자리에서 측정할 수 있다. 그러므로, 상기 공압 장치(100)는 다양한 파이로 장치의 공압 성능시험이 제자리에서(in-situ) 효율적으로 수행할 수 있으면서 측정 시스템 안정화를 통해 초당 누설압력이 정밀하게 측정되는 특징을 갖는다.

Description

제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치 및 시험방법{In-situ Performance Test Equipment for Pyrotechnic Mechanical Device under High Gas Pressure and Operation Method thereof}
본 발명은 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치에 관한 것으로, 특히 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치 및 시험방법에 관한 것이다.
일반적으로 파이로 장치는 압력카트리지 내부의 화약이 수 ms이내 연소되면서 방출하는 가스 압력을 피스톤 운동과 같은 역학적 운동 에너지로 변환하는 장치이다.
파이로 장치의 예로 파이로 밸브, 파이로 분리장치, 파이로 푸셔 등이 있으며 전기식 장치들과 달리 구조가 간단하고 작고 가벼운 장점이 있어 유도무기와 항공우주용으로 널리 사용된다.
그러므로, 파이로 장치는 매우 높은 작동 신뢰도를 가져야 하며 적용시스템 특성상 고압의 공압과 같은 악조건에서도 작동 전 후 기밀을 유지해야 한다.
이로 인하여 파이로 장치는 공압 성능 시험을 수행하여야 하며, 특히, 1회용인 파이로 장치의 공압 성능 시험은 매우 중요할 수밖에 없다.
파이로 장치의 공압 성능 시험을 위한 장비로 공압 장치와 기밀점검 장비가 있다. 상기 공압 장치는 화약의 특성으로 인하여 +/- 15% 정도의 오차가 있는 압력카트리지의 방출가스압력을 감안한 공압으로 파열판(rupture disk)을 파열시킴으로써 파이로 장치의 기계적 운동 성능검증을 정밀한 압력하에서 수행한다. 상기 기밀점검 장비는 공압 장치로 작동된 파이로 장치에서 공압 장치를 분리한 후 파이로 장치의 기밀부의 피팅 부위에 재연결하여 기밀성능을 측정한다.
국내특허공개공보 10-2010-0000774(2010년01월06일)
하지만, 파이로 장치의 공압 성능 시험을 위한 장비가 공압 장치와 기밀점검 장비로 이원화됨으로써 공압 장치와 기밀점검 장비의 연결과 분리에 따른 시간 소요가 많을 수밖에 없다.
특히, 파열판(rupture disk)은 시험자가 원하는 정확한 압력값과 시점에서 파열하기 어려운 단점이 있다. 또한, 공압 장치 분리 후 기밀점검 장비를 다시 연결함으로써 파이로 장치의 기밀부의 피팅 부위가 손상될 위험성이 크고, 피팅 부위 손상 시 다른 파이로 장치로 재시험이 이루어져야 함으로써 결국 시간과 비용의 낭비가 발생할 수밖에 없다.
이와 같이 기존의 공압 장치에는 파이로 장치를 위한 정량적 기밀성능 측정 장치가 없으며, 특히 현재까지 제자리에서 파이로 장치의 공압 시험을 수행할 수 있는 전문적인 공압 장치가 부재한 실정이다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 다양한 파이로 장치의 공압 성능시험이 제자리에서(in-situ) 효율적으로 수행할 수 있으면서 측정 시스템 안정화를 통해 초당 누설압력이 정밀하게 측정되고, 특히 비활성 파이로 장치의 압력카트리지를 대신하여 0.5 ms이내 고압의 공압을 파이로 장치에 가할 수 있는 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치 및 시험방법의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공압 장치는 고압의 가스를 생성해 충전라인으로 압축가스탱크에 저장하는 컴프레서; 상기 압축가스탱크와 이어져 상기 압축가스탱크에 저장된 고압가스가 흐르는 메인공급라인과 상기 고압가스가 대기로 배출되는 메인배출라인의 사이로 연결되고, 상기 고압가스의 공압이 직접적으로 작용하는 파이로 장치; 상기 메인공급라인에서 분기된 서브공급라인과 상기 파이로 장치에 이어진 서브연결라인의 사이로 연결되고, 상기 고압가스의 공압이 직접적으로 작용하는 파이로 밸브; 상기 서브연결라인에서 분기된 보조복귀라인과 상기 메인공급라인으로 이어진 보조공급라인의 사이에 구비되어 체적증가 공간을 제공하는 밀폐용기; 상기 메인공급라인과 상기 메인배출라인 및 상기 서브공급라인을 흐르는 상기 고압가스의 압력을 측정하고, 상기 밀폐용기에 걸리는 상기 고압가스의 압력을 측정하는 센서 유닛;; 상기 충전라인, 상기 메인공급라인, 상기 메인배출라인, 상기 서브공급라인, 상기 서브연결라인의 흐름통로를 개폐하는 밸브 유닛; 상기 메인공급라인과 상기 서브공급라인의 공압을 조절하는 레귤레이터 유닛; 을 포함한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 파이로 밸브는 기폭 시 연소되어 가스 압력을 방출하는 압력카트리지, 상기 가스 압력으로 움직이는 피스톤, 상기 피스톤의 이동으로 상기 고압 가스가 통과되는 유로를 개방하는 유로관을 포함한다. 상기 파이로 장치는 상기 메인공급라인이 연결되는 축방향 유로관, 상기 메인배출라인이 연결되는 원주방향 유로관을 구비한다.
바람직한 실시예로서, 상기 센서 유닛은 상기 메인공급라인에 걸리는 공압을 측정하는 축방향 압력측정센서, 상기 메인배출라인에 걸리는 공압을 측정하는 원주방향 압력측정센서, 상기 밀폐용기의 내부 압력을 측정하는 밀폐용기 압력측정센서, 상기 서브공급라인에 걸리는 공압을 측정하는 밸브 압력측정센서로 구성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 밸브 유닛은 상기 충전라인의 흐름통로를 개폐하는 컴프레서 밸브, 상기 메인공급라인의 공압을 조절하는 레귤레이션 밸브, 상기 메인공급라인의 흐름통로를 개폐하는 한 쌍의 제1,2 메인공급라인 메인밸브, 상기 서브공급라인의 흐름통로를 개폐하는 서브공급라인 메인밸브, 상기 보조공급라인의 흐름통로를 개폐하는 보조공급라인 밸브, 상기 보조복귀라인의 흐름통로를 개폐하는 보조복귀라인 밸브, 상기 메인배출라인의 흐름통로를 개폐하는 메인배출라인 밸브, 상기 메인배출라인을 대기와 연통하도록 개폐하는 제1,2 벤트 밸브, 상기 서브공급라인을 대기와 연통하도록 개폐하는 제3 벤트 밸브, 상기 서브연결라인을 대기와 연통하도록 개폐하는 제4 벤트 밸브로 구성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 레귤레이터 유닛은 상기 서브공급라인의 공압을 조절하는 서브 레귤레이터, 상기 메인공급라인의 공압을 조절하는 메인 레귤레이터로 구성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 컴프레서의 구동, 상기 센서 유닛의 검출값 이용, 상기 밸브 유닛과 상기 레귤레이터 유닛의 작동 제어는 고압하에서 상기 파이로 장치의 작동 성능과 작동 전후 기밀 유지 상태를 시험하는 소프트웨어가 탑재된 컴퓨터로 구현되고; 상기 파이로 밸브와 상기 파이로 장치의 기폭은 파이로 기폭 장치로 수행된다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 파이로 장치 성능 시험방법은 (A) 컴프레셔로 생성된 고압 가스가 압축가스탱크에 저장되면, 파이로 장치가 설치된 파이로 장치 공압 회로와 파이로 밸브가 설치된 파이로 밸브 공압 회로의 대기압 형성, 상기 파이로 장치 공압 회로와 상기 파이로 밸브 공압 회로의 공압 검출값의 0(영)으로 리셋이 컴퓨터에 의해 이루어지는 공압장치 세팅단계; (B) 상기 파이로 장치의 기폭이 이루어지는 활성타입 파이로 장치 또는 기폭이 이루어지지 않는 비활성타입 파이로 장치로 구분되고, 상기 활성타입 파이로 장치인 경우 상기 컴퓨터에 의해 상기 파이로 밸브 공압 회로가 폐쇄되는 반면 상기 비활성타입 파이로 장치인 경우 폐쇄되지 않고, 상기 파이로 장치에 고압을 걸어 압력성능측정이 이루어지는 압력성능시험수행단계; (C) 상기 압력성능측정이 압력성능측정 시간경과로 종료되면, 상기 컴퓨터에 의해 상기 파이로 장치 공압 회로와 상기 파이로 밸브 공압 회로의 압력이 0 psig로 리셋과 함께 폐쇄된 후 상기 파이로 장치에 고압을 다시 걸어 기밀성능측정시간 동안 압력측정과 압력변화를 관찰하여 기밀성능측정이 이루어지는 기밀성능시험수행단계; (D) 상기 기밀성능측정시간 동안 상기 파이로 장치의 압력 누설량 증가시 상기 파이로 장치 공압 회로의 측정부피 증가를 위해 상기 파이로 장치 공압 회로에 구비된 밀폐용기가 상기 컴퓨터에 의해 연통되는 노이즈제거단계; 로 수행되는 것을 특징으로 하는 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 고압가스는 상기 압축가스탱크에 4,000 psig로 저장되고, 상기 컴퓨터는 상기 고압가스의 검출값을 psig로 측정한다.
바람직한 실시예로서, 상기 활성타입 파이로장치의 시험은 상기 파이로 장치를 기폭시킨 후 상기 파이로 장치의 축방향 압력과 원주방향 압력을 측정하여 상기 압력성능측정이 이루어지고, 상기 비활성타입 파이로장치의 시험은 상기 파이로 밸브를 기폭시킨 후 상기 파이로 장치의 축방향 압력과 원주방향 압력을 측정하여 상기 압력성능측정이 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 압력성능측정 시간경과는 1분이고, 상기 기밀성능측정시간은 수분이다.
바람직한 실시예로서, 상기 측정부피증가는 40cc 이다.
이러한 본 발명은 무기시스템에 적용되는 파이로 장치의 공압과 관련된 정량적 성능 및 누설 시험을 제자리에서 큰 시간과 비용을 들이지 않고 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 기존 무기시스템에 적용되던 파이로 장치 뿐만 아니라 새로운 형태의 파이로 장치도 큰 시간과 비용을 들이지 않고 제자리에서 공압과 관련된 정량적 성능 및 누설 시험을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 비활성 파이로 장치의 성능시험을 위한 파이로 밸브의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 시험대상 파이로 장치의 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험방법 순서도이며, 도 5는 본 발명에 따른 공압 장치로 파이로 장치의 성능을 시험하는 상태이고, 도 6은 본 발명에 따른 공압 장치에서 파이로 장치의 작동 상태이며, 도 7은 본 발명에 따른 공압 장치로 비활성 파이로 장치의 성능을 시험하는 상태이고, 도 8은 본 발명에 따른 공압 장치에서 파이로 밸브의 작동 상태이며, 도 9는 본 발명에 따른 공압장치로 성능 시험된 파이로 장치 작동 전후 기밀시험 데이터의 예이며, 도 10은 본 발명에 따른 공압 장치로 성능 시험된 파이로 장치 작동 후 기밀시험 데이터의 예이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 공압 장치(100)는 컴프레서(1), 압축가스탱크(2), 파이로 밸브(3), 파이로 장치(4), 밀폐용기(5), 센서 유닛(6,7,8,9), 밸브 유닛(10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21), 레귤레이터 유닛(22,23), 공압 회로(100-1,100-2)로 구성되고, 컴퓨터(200)와 연계되어 파이로 장치(4)의 공압 성능 시험이 수행되며, 파이로 기폭 장치(300)와 연계되어 파이로 밸브(3) 및 파이로 장치(4)의 기폭이 이루어진다.
구체적으로, 상기 컴프레서(1)는 고압의 가스를 생성하고, 생성된 고압가스가 저장되는 압축가스탱크(2)와 연계된다. 상기 압축가스탱크(2)는 컴프레서(1)에서 생성된 고압가스를 저장한다. 상기 밀폐용기(5)는 측정 부피를 확장(예, 40cc)함으로써 배관 외부 진동 등에 의해 압력신호에 실릴 수 있는 노이즈를 감쇄할 수 있으며 측정시간이 증가됨으로써 시간당 누설량을 보다 정밀하게 측정할 수 있다. 상기 파이로 밸브(3)는 압력카트리지 대신 공압을 이용하여 비활성 파이로장치(화약 제거된 상태)의 피스톤 작동 성능 시험을 할 때 공압 조절 용도로 사용된다. 상기 파이로 장치(4)는 고압의 공압하에서 작동 성능과 작동 전후 기밀 유지 상태를 제자리에서 측정하는 측정대상체이다.
구체적으로, 상기 센서 유닛(6,7,8,9)은 공압 회로 내부의 압력 값을 psig로 측정하고, 측정 압력 값은 측정 소프트웨어로 전송된다, 상기 측정 소프트웨어는 컴퓨터(200)에 탑재될 수 있다. 일례로, 상기 센서 유닛(6,7,8,9)은 파이로 장치(4)의 피스톤 방향의 유로관에 걸리는 고압가스의 공압(예, 상기 압축가스탱크(2)에 저장된 4,000 psig)을 측정하는 축방향 압력측정센서(6), 파이로 장치(4)의 측면의 유로관에 걸리는 고압가스의 공압을 측정하는 원주방향 압력측정센서(7), 밀폐용기(5)의 내부 압력을 측정하는 밀폐용기 압력측정센서(8), 파이로 밸브(3)에 걸리는 압력을 측정하는 파이로 밸브 압력측정센서(9)로 구성된다.
구체적으로, 상기 밸브 유닛(10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21)은 파이로 장치(4)가 고압하에서 작동 성능과 작동 전후 기밀 유지 상태를 제자리에서 측정할 수 있도록 공압 회로를 대기압 상태와 고압 상태로 형성하여 준다.
일례로, 상기 밸브 유닛(10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21)은 컴프레서(1)에서 압축가스탱크(2)로 들어가는 고압 가스의 흐름통로를 개폐하하는 컴프레서 밸브(10), 압축가스탱크(2)에서 나오는 고압가스의 공압을 조절하는 레귤레이션 밸브(11), 파이로 장치(4)의 피스톤 방향의 유로관에 걸리는 고압가스의 공압을 제어하는 한 쌍의 제1,2 메인공급라인 메인밸브(12,14), 파이로 밸브(3)로 들어가는 공압을 제어하는 서브공급라인 메인밸브(13), 밀폐용기(5)와 파이로 장치(4)의 피스톤 방향의 유로관을 연계시켜주는 보조공급라인 밸브(15), 파이로 장치(4)의 압력 누설량이 커질 때 측정 부피를 역 40cc 더 늘리도록 밀폐용기(5)와 파이로 장치(4)의 측면의 유로관을 연계시켜주는 보조복귀라인 밸브(16), 파이로 장치(4)의 측면의 유로관에서 나온 공압을 대기로 배출하는 메인배출라인 밸브(17), 파이로 장치(4)의 측면의 유로관에서 나온 공압을 대기로 배출하는 제1,2 벤트 밸브(18,19), 파이로 밸브(3)로 들어가는 공압을 대기로 배출하는 제3 벤트 밸브(20), 파이로 밸브(3)에서 파이로 장치(4)로 들어가는 공압을 대기로 배출하는 제4 벤트 밸브(21)로 구성된다.
구체적으로, 상기 레귤레이터 유닛(22,23)은 파이로 밸브(3)로 들어가는 공압을 조절하는 서브 레귤레이터(22), 파이로 장치(4)의 피스톤 방향의 유로관으로 들어가는 공압을 조절하는 메인 레귤레이터(23)로 구성된다.
구체적으로, 상기 공압 회로(100-1,100-2)는 압축가스탱크(2)와 파이로 장치(4) 및 밀폐용기(5)를 연결하는 파이로 장치 공압 회로(100-1), 압축가스탱크(2)와 파이로 밸브(3)를 연결하는 파이로 밸브 공압 회로(100-2)로 구분된다.
일례로, 상기 파이로 장치 공압 회로(100-1)는 충전라인(a), 메인공급라인(b), 메인배출라인(c), 보조공급라인(d-1), 보조복귀라인(d-2)로 구성된다. 상기 충전라인(a)은 컴프레서(1)와 압축가스탱크(2)를 연결하고, 컴프레서 밸브(10)로 흐름통로가 개폐된다. 상기 메인공급라인(b)은 압축가스탱크(2)와 파이로 장치(4)의 피스톤 방향의 유로관을 연결하고, 레귤레이션 밸브(11)와 메인 레귤레이터(23)로 압력이 조절되며, 제1,2 메인공급라인 메인밸브(12,14)로 흐름통로가 개폐되고, 축방향 압력측정센서(6)로 공압이 검출된다. 상기 메인배출라인(c)은 파이로 장치(4)의 측면의 유로관에서 나와 메인공급라인(b)으로 이어지고, 메인배출라인 밸브(17)로 흐름통로가 개폐되며, 제1,2 벤트 밸브(18,19)로 공압이 대기로 배출되고, 원주방향 압력측정센서(7)로 공압이 검출된다. 상기 보조공급라인(d-1)은 메인공급라인(b)과 밀폐용기 압력측정센서(8)로 내부 압력이 측정되는 밀폐용기(5)를 연결하고, 보조공급라인 밸브(15)로 흐름통로가 개폐된다. 상기 보조복귀라인(d-2)은 메인배출라인(c)과 밀폐용기(5)를 연결하고, 보조복귀라인 밸브(16)로 흐름통로가 개폐된다.
상기 파이로 밸브 공압 회로(100-2)는 서브공급라인(f)과 서브연결라인(g)으로 구성된다. 상기 서브공급라인(f)은 충전라인(a)에서 분기되어 압축가스탱크(2)와 파이로 밸브(3)를 연결하고, 파이로 밸브 압력측정센서(9)로 공압이 검출되며, 서브 레귤레이터(22)로 압력 조절이 이루어지고, 서브공급라인 메인밸브(13)로 흐름통로가 개폐되며, 제3 벤트 밸브(20)로 공압이 대기로 배출된다. 상기 서브연결라인(g)은 파이로 밸브(3)와 파이로 장치(4)를 연결하고, 제4 벤트 밸브(21)로 공압이 대기로 배출된다.
구체적으로, 상기 컴퓨터(200)는 컴프레서(1)의 구동, 센서 유닛(6,7,8,9)의 검출값 이용, 밸브 유닛(10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21)과 레귤레이터 유닛(22,23)이 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험방법에 따라 제어되고, 그 결과 공압 회로(100-1,100-2)가 대기압 상태와 고압 상태를 형성함으로써 파이로 장치(4)가 고압하에서 작동 성능과 작동 전후 기밀 유지 상태를 제자리에서 측정할 수 있도록 여건을 조성한다. 이를 위해, 상기 컴퓨터(200)는 공압 장치(100)의 각 구성요소 제어와 파이로 장치(4)의 공압 성능 시험을 위한 프로그램이 탑재되며, 노트북을 적용할 수 있다.
구체적으로, 상기 파이로 기폭 장치(300)는 파이로 밸브(3) 또는 파이로 장치(4)의 화약을 점화시킴으로써 기폭을 수행한다.
한편, 도 2는 상기 파이로 밸브(3)의 구성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 상기 파이로 밸브(3)는 기폭 시 소량의 화약이 연소되어 가스 압력을 방출하는 압력카트리지(24), 압력카트리지(24)의 가스 압력으로 움직이는 피스톤(25), 피스톤의 구멍과 일치하여 피스톤(25)의 이동시 유로가 열리는 유로관(26)을 포함한다. 특히, 상기 파이로 밸브(3)는 완전한 유로 개방을 위해 필요한 피스톤(25)의 이동거리가 10 mm일 경우 최대 압력 도달 시간은 0.5 ms 정도임을 고려함으로써 일반적인 파이로장치의 피스톤의 이동속도가 평균 20 m/s 이상임을 고려할 때 압력카트리지를 사용한 파이로장치 내부의 최대 압력 도달 시간과 유사하다.
한편, 도 3은 고압하에서 작동 성능과 작동 전후 기밀 유지 상태가 실험되는 파이로 장치(4)의 구성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 상기 파이로 장치(4)는 압력카트리지 몸체(27), 압력카트리지 화약(28), 피스톤(29), 파이로 장치 몸체(30), 축방향 유로관(31), 원주방향 유로관(32)을 포함한다. 상기 압력카트리지 몸체(27)는 압력카트리지 화약(28)을 구비하여 파이로 장치 몸체(30)의 한쪽 끝부위로 위치된다. 상기 피스톤(29)은 파이로 장치 몸체(30)를 축방향으로 형성된 축방향 유로관(31)에 위치되고, 압력카트리지 화약(28)의 기폭시 발생된 가스압력으로 축방향 유로관(31)을 이동함으로써 축방향 유로관(31)과 연통된 원주방향 유로관(32)을 막아준다.
한편, 도 4는 본 실시예에 따른 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험방법 순서도를 나타낸다. 이하, 시험방법의 로직을 탑재한 컴퓨터(200)가 수행하는 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험방법을 도 5내지 도 8을 참조로 상세히 설명한다.
S10내지 S30은 공압장치 세팅단계로서, S10의 고압가스충전(예, ~4,000 psig로 압축가스탱크(2)에 저장) 및 시험압력조절, S20의 공압 회로 세팅(대기압), S30의 공압성능시험을 위한 측정장비 세팅으로 구분된다.
상기 공압장치 세팅단계는 컴퓨터(200)로 제어된다. 도 5를 참조하면, 컴프레셔(1)의 구동으로 생성된 고압의 가스는 압축가스탱크(2)로 저장된다. 이때, 컴퓨터(200)는 컴프레서 밸브(10)를 개방하는 반면 레귤레이션 밸브(11)를 폐쇄한다. 그러므로, 파이로 장치 공압 회로(100-1)와 파이로 밸브 공압 회로(100-2)중 충전라인(a)만 개방된 상태를 형성한다. 이어, 압축가스탱크(2)의 충전이 완료되면, 컴퓨터(200)는 레귤레이션 밸브(11)를 개방하고, 메인 레귤레이터(23)로 원하는 압력을 조절한다. 이때, 컴퓨터(200)는 제1 메인공급라인 메인밸브(12)와 서브공급라인 메인밸브(13)를 닫는 반면 그 외 모든 밸브들을 개방함으로써 파이로 장치 공압 회로(100-1)와 파이로 밸브 공압 회로(100-2)는 대기압 상태로 형성된다. 이후, 컴퓨터(200)는 축방향 압력측정센서(6), 원주방향 압력측정센서(7), 밀폐용기 압력측정센서(8), 파이로 밸브 압력측정센서(9)에서 검출된 압력 값을 측정 소프트웨어(로직 또는 프로그램)상에서 0(영)으로 리셋하여 공압을 psig로 측정할 수 있도록 준비한다. 또한, 파이로 기폭 장치(300)가 파이로 밸브(3) 또는 파이로 장치(4)에 연결된다.
한편, S40내지 S80은 파이로 장치(4)의 압력성능시험이 수행되는 단계이다.
S40은 파이로 장치(4)의 종류가 선정되는 단계로서, 이는 화약이 기폭되는 활성 파이로 장치의 적용과 화약 제거된 상태의 비활성 파이로 장치의 적용으로 구분된다.
상기 활성 파이로장치시험은 S50-1의 파이로 장치 설치와 기폭준비 세팅 및 파이로밸브 공압회로 폐쇄, S60-1의 파이로 장치 공압형성, S70-1의 파이로 장치 기폭 및 압력측정으로 수행된다.
상기 활성 파이로장치시험은 컴퓨터(200)로 제어된다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 파이로 장치(4)는 메인공급라인(b)과 메인배출라인(c)의 사이에 설치된다. 이 경우, 피스톤(29)방향의 축방향 유로관(31)이 축방향 압력측정센서(6)방향의 메인공급라인(b)과 연결되고, 측면의 원주방향 유로관(32)이 원주방향 압력측정센서(7)방향의 메인배출라인(c)과 연결된다. 반면, 공압 조절 용도인 파이로밸브(3)가 사용되지 않음으로써 서브공급라인 메인밸브(13)와 제3,4 벤트 밸브(20,21) 및 서브 레귤레이터(22)의 작동이 이루어지지 않아 파이로 밸브 공압 회로(100-2)는 폐쇄 상태로 된다. 이후, 컴퓨터(200)는 파이로 장치 공압 회로(100-1)의 모든 밸브((10,11,12, 14,15,16,17,18,19,21)들을 폐쇄한 다음 압력센서(6,7,8)의 값에 대한 기록을 시작한다.
그러면, 파이로 장치(4)의 압력카트리지 기폭준비가 완료된다.
이어, 컴퓨터(200)는 제2 메인공급라인 메인밸브(14)를 개방하여 고압가스의 공압을 파이로 장치(4)의 축방향 유로관(31)에 가한다. 이때, 축방향 압력측정센서(6)와 원주방향 압력측정센서(7)는 고압가스의 공압을 표시한다. 이후, 파이로 기폭 장치(300)가 컴퓨터(200) 또는 자체적으로 동작함으로써 압력카트리지 화약(28)이 기폭된다. 그러면, 도 6과 같이 압력카트리지 화약(28)의 가스 압력으로 피스톤(29)이 축방향 유로관(31)을 이동하여 원주방향 유로관(32)을 폐쇄한다, 이러한 상태에서 컴퓨터(200)는 축방향 압력측정센서(6)와 원주방향 압력측정센서(7)의 검출 값을 읽어줌으로써 고압하에서 파이로 장치(4)의 작동 성능이 측정된다.
반면, 상기 비활성 파이로장치시험은 S50-2의 비활성 파이로 장치 설치 및 파이로 밸브 기폭준비 세팅, S60-2의 비활성 파이로 장치 및 파이로 밸브에 공압 형성, S70-2의 파이로 밸브 기폭 및 압력측정으로 수행된다.
상기 비활성 파이로장치시험은 컴퓨터(200)로 제어된다. 도 7을 참조하면, 파이로 밸브(3)가 서브공급라인(f)과 서브연결라인(g)의 사이에 설치됨으로써 파이로 밸브 공압 회로(100-2)가 세팅된다. 이때, 파이로 장치 공압 회로(100-1)는 도 5와 같이 파이로 장치(4)를 설치하지만 상기 파이로 장치(4)는 압력카트리지 화약(28)이 제거된 상태인 차이가 있다. 그러므로, 파이로 밸브(3)의 고압 가스 출구는 파이로 장치(4)의 축방향 유로관(31)으로 연결될 수 있다. 이어, 컴퓨터(200)는 서브공급라인 메인밸브(13)를 개방하여 고압가스의 공압을 파이로밸브(3)에 가하고, 파이로 밸브 압력측정센서(9)가 원하는 압력을 표시할 때 까지 체크한다.
이후 원하는 압력도달 시 컴퓨터(200)는 제4 벤트 밸브(21)를 개방하고, 파이로 기폭 장치(300)는 컴퓨터(200) 또는 자체적인 동작으로 압력카트리지(24)를 기폭한다. 그러면, 도 8과 같이 파이로 밸브(3)도 파이로 장치의 일종이므로 압력카트리지(24)의 소량의 화약이 연소되면서 방출하는 가스 압력을 이용하여 피스톤(25)이 움직이고, 상기 피스톤(25)의 움직임으로 파이로 밸브(3)의 유로관(26)이 열려진다. 즉, 상기 피스톤(25)이 작동하면 피스톤(25)의 구멍이 유로관(26)과 일치하면서 유로가 열리게 된다. 특히, 일반적인 파이로 장치의 피스톤의 이동속도는 평균 20 m/s 이상이므로 완전한 유로 개방을 위해 필요한 피스톤 이동거리가 10 mm일 경우 최대 압력 도달 시간은 0.5 ms 정도이다. 그러므로, 일반적인 압력카트리지를 사용한 파이로 장치 내부의 최대 압력 도달 시간과 유사하다.
이어, 파이로 밸브(3)를 통한 고압이 파이로 장치(4)를 동작함으로써 파이로 장치(4)는 도 6을 통해 기술됨과 같이 고압하에서 작동 성능이 측정된다. 그러므로, 이후의 파이로 장치(4)에 대한 기밀성능 시험도 작동성능시험과 동일하게 제자리에서 수행할 수 있다.
한편, S80은 활성 파이로장치시험 또는 비활성 파이로장치시험에 대한 중단여부를 판단하는 단계로서, 이를 위해 작동 시 압력측정시간 경과여부를 적용한다. 일례로, 상기 압력측정시간 경과는 1분을 적용함으로써 작동한 뒤 1분 정도 후 압력측정을 멈춘다.
한편, S90내지 S140은 파이로 장치(4)의 기밀성능시험이 수행되는 단계이다. 특히, 상기 기밀성능시험은 파이로 장치(4)의 원주방향 유로관(32)에 가압하면서 축방향 압력측정센서(6)를 모니터링함으로써 누설량 측정 방향을 바꿀 수도 있다.
S90은 압력 측정 중단 및 공압회로 리셋이 이루어지는 단계로서, 이는 컴퓨터(200)로 다시 모든 밸브들을 폐쇄한 뒤 밸브(18)과 (19)를 개방하여 0 psig로 리셋하고 폐쇄한다. S100의 압력측정개시 및 작동된 파이로 장치에 공압을 형성하는 단계로서, 이는 컴퓨터(200)로 압력 측정을 시작하고 밸브(14)를 개방하여 이미 작동이 완료된 파이로장치에 고압가스의 공압을 가한다. 수분동안 압력을 측정하고 특히 압력센서(7)의 압력변화를 관찰한다. S110은 압력 누설량 증가 여부를 판단하는 단계로서, 이 단계에서 압력 누설량이 증가될 경우 S120과 같이 측정부피를 증가하여 준다. 상기 측정부피증가를 위해 컴퓨터(200)는 보조복귀라인 밸브(16)를 개방하여 밀폐용기(5)로 측정 부피를 40cc 더 늘림으로써 파이로 장치 공압 회로(100-1)의 배관 라인의 외부 진동 등에 의해 압력신호에 실릴 수 있는 노이즈를 감쇄할 수 있으며 또한 측정시간이 증가됨으로써 시간당 누설량을 보다 정밀하게 측정할 수 있다.
S130은 작동 후 압력측정시간 경과를 판단하는 단계로서, 이를 위해 작동 시 압력측정시간 경과여부를 적용한다. 일례로, 상기 압력측정시간 경과는 1분을 적용함으로써 작동한 뒤 1분 정도 후 압력측정과 함께 기밀성능 시험을 중단하다.
S140은 기밀성능 시험 전환여부를 판단하는 단계로서, 이는 활성 파이로 장치 또는 비활성 파이로 장치의 압력 및 기밀 성능이 모두 완료된 후 다른 파이로 장치에 대한 압력 및 기밀성능이 연속적으로 시험될 수 있음을 의미한다. 그러므로, S150과 같이 다른 파이로 장치에 대한 압력 및 기밀성능이 요구될 경우 S10내지 S30의 공압장치 세팅단계의 재 작업 없이 S40으로 바로 진입할 수 있는 편리함을 제공할 수 있다. 따라서, S140 및 S150은 다른 파이로 장치에 대한 압력 및 기밀성능 시험이 없을 경우 생략된다.
한편, 도 9는 실험예에 따른 공압장치로 성능 시험된 파이로 장치 작동 전후 기밀시험 데이터의 예이며, 도 10은 실험예에 따른 공압 장치로 성능 시험된 파이로 장치 작동 후 기밀시험 데이터의 예이다.
도 9를 참조하면, 4,000 psi 공압을 파이로 장치(4)에 가한 상태에서의 압력카트리지화약(28)을 기폭한 시점 전후의 압력신호를 알 수 있다. 이 경우, 압력신호와 기폭신호 측정은 동시에 이루어졌으므로 시간은 서로 일치한다. 도 9의 1)은 압력신호로 약 30초 근처에서 4,000 psig를 가하였음을 나타내고, 도 9의 2)는 기폭신호로 약 43초쯤에서 기폭하였음을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 기폭이 완료된 후 파이로 장치(4)에 다시 4,000 psig를 가하여 누설량을 측정한 기밀시험 데이터임을 알 수 있다. 이 경우, 축방향 압력측정센서(6) 쪽에서 가압하였으며 원주방향 압력측정센서(7)는 0 psig 상태에서 파이로 장치(4)를 통한 누설량을 측정하였다. 여기서, 방향 압력측정센서(6)는 P1, 원주방향 압력측정센서(7)는 P2, 밀폐용기 압력측정센서(8)는 P3로 표시된다. 도 10의 1)은 압력센서 P1, P2, P3의 측정값을 모두 보여주고, 도 10의 2), 3), 4)의 각각은 각 측정값의 확대그림이며 선형 피팅 결과도 보여주며, 도 10의 3)은 P2를 통해 누설량이 약 0.015 psig/sec임을 측정한 결과를 보여준다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 공압 장치(100)는 고압가스의 공압하에서 화약의 기폭이 이루어지는 활성화타입 파이로 장치(4)의 작동 성능과 작동 전후 기밀 유지 상태를 제자리에서 측정할 수 있고, 특히 고압가스의 공압을 파이로 장치(4)로 전달하는 파이로 밸브(3)를 이용함으로써 화약의 기폭이 이루어지지 않는 비활성화타입 파이로 장치(4)의 작동 성능과 작동 전후 기밀 유지 상태를 제자리에서 측정할 수 있다. 그러므로, 상기 공압 장치(100)는 다양한 파이로 장치의 공압 성능시험이 제자리에서(in-situ) 효율적으로 수행할 수 있으면서 측정 시스템 안정화를 통해 초당 누설압력이 정밀하게 측정된다.
1 : 컴프레서 2 : 압축가스탱크
3 : 파이로 밸브 4 : 파이로 장치
5 : 밀폐용기 6 : 축방향 압력측정센서
7 : 원주방향 압력측정센서 8 : 밀폐용기 압력측정센서
9 : 파이로 밸브 압력측정센서
10 : 컴프레서 밸브 11 : 레귤레이션 밸브
12,14 : 제1,2 메인공급라인 메인밸브
13 : 서브공급라인 메인밸브
15 : 보조공급라인 밸브
16 : 보조복귀라인 밸브 17 : 메인배출라인 밸브
18,19,20,21 : 제1,2,3,4 벤트 밸브
22 : 서브 레귤레이터 23 : 메인 레귤레이터
24 : 압력카트리지 25 : 피스톤
26 : 유로관 27 : 압력카트리지 몸체
28 : 압력카트리지 화약 29 : 피스톤
30 : 파이로 장치 몸체 31 : 축방향 유로관
32 : 원주방향 유로관
100 : 공압 장치 100-1 : 파이로 장치 공압 회로
100-2 : 파이로 밸브 공압 회로
200 : 컴퓨터 300 : 파이로 기폭 장치
a : 충전라인 b : 메인공급라인
c : 메인배출라인 d-1 : 보조공급라인
d-2 : 보조복귀라인
f : 서브공급라인 g : 서브연결라인

Claims (13)

  1. 고압의 가스를 생성해 충전라인으로 압축가스탱크에 저장하는 컴프레서;
    상기 압축가스탱크와 이어져 상기 압축가스탱크에 저장된 고압가스가 흐르는 메인공급라인과 상기 고압가스가 대기로 배출되는 메인배출라인의 사이로 연결되고, 상기 고압가스의 공압이 직접적으로 작용하는 파이로 장치;
    상기 메인공급라인에서 분기된 서브공급라인과 상기 파이로 장치에 이어진 서브연결라인의 사이로 연결되고, 상기 고압가스의 공압이 직접적으로 작용하는 파이로 밸브;
    상기 서브연결라인에서 분기된 보조복귀라인과 상기 메인공급라인으로 이어진 보조공급라인의 사이에 구비되어 체적증가 공간을 제공하는 밀폐용기;
    상기 메인공급라인과 상기 메인배출라인 및 상기 서브공급라인을 흐르는 상기 고압가스의 압력을 측정하고, 상기 밀폐용기에 걸리는 상기 고압가스의 압력을 측정하는 센서 유닛;
    상기 충전라인, 상기 메인공급라인, 상기 메인배출라인, 상기 서브공급라인, 상기 서브연결라인의 흐름통로를 개폐하는 밸브 유닛;
    상기 메인공급라인과 상기 서브공급라인의 공압을 조절하는 레귤레이터 유닛;
    을 포함한 것을 특징으로 하는 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 파이로 밸브는 기폭 시 연소되어 가스 압력을 방출하는 압력카트리지, 상기 가스 압력으로 움직이는 피스톤, 상기 피스톤의 이동으로 상기 고압 가스가 통과되는 유로를 개방하는 유로관을 포함한 것을 특징으로 하는 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 파이로 장치는 상기 메인공급라인이 연결되는 축방향 유로관, 상기 메인배출라인이 연결되는 원주방향 유로관을 구비한 것을 특징으로 하는 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 센서 유닛은 상기 메인공급라인에 걸리는 공압을 측정하는 축방향 압력측정센서, 상기 메인배출라인에 걸리는 공압을 측정하는 원주방향 압력측정센서, 상기 밀폐용기의 내부 압력을 측정하는 밀폐용기 압력측정센서, 상기 서브공급라인에 걸리는 공압을 측정하는 밸브 압력측정센서로 구성된 것을 특징으로 하는 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브 유닛은 상기 충전라인의 흐름통로를 개폐하는 컴프레서 밸브, 상기 메인공급라인의 공압을 조절하는 레귤레이션 밸브, 상기 메인공급라인의 흐름통로를 개폐하는 한 쌍의 제1,2 메인공급라인 메인밸브, 상기 서브공급라인의 흐름통로를 개폐하는 서브공급라인 메인밸브, 상기 보조공급라인의 흐름통로를 개폐하는 보조공급라인 밸브, 상기 보조복귀라인의 흐름통로를 개폐하는 보조복귀라인 밸브, 상기 메인배출라인의 흐름통로를 개폐하는 메인배출라인 밸브, 상기 메인배출라인을 대기와 연통하도록 개폐하는 제1,2 벤트 밸브, 상기 서브공급라인을 대기와 연통하도록 개폐하는 제3 벤트 밸브, 상기 서브연결라인을 대기와 연통하도록 개폐하는 제4 벤트 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 레귤레이터 유닛은 상기 서브공급라인의 공압을 조절하는 서브 레귤레이터, 상기 메인공급라인의 공압을 조절하는 메인 레귤레이터로 구성된 것을 특징으로 하는 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 컴프레서의 구동, 상기 센서 유닛의 검출값 이용, 상기 밸브 유닛과 상기 레귤레이터 유닛의 작동 제어는 고압하에서 상기 파이로 장치의 작동 성능과 작동 전후 기밀 유지 상태를 시험하는 소프트웨어가 탑재된 컴퓨터로 구현되고;
    상기 파이로 밸브와 상기 파이로 장치의 기폭은 파이로 기폭 장치로 수행되는 것을 특징으로 하는 제자리에서의 파이로 장치 성능 시험을 위한 공압 장치.
  8. (A) 컴프레셔로 생성된 고압 가스가 압축가스탱크에 저장되면, 파이로 장치가 설치된 파이로 장치 공압 회로와 파이로 밸브가 설치된 파이로 밸브 공압 회로의 대기압 형성, 상기 파이로 장치 공압 회로와 상기 파이로 밸브 공압 회로의 공압 검출값의 0(영)으로 리셋이 컴퓨터에 의해 이루어지는 공압장치 세팅단계;
    (B) 상기 파이로 장치의 기폭이 이루어지는 활성타입 파이로 장치 또는 기폭이 이루어지지 않는 비활성타입 파이로 장치로 구분되고, 상기 활성타입 파이로 장치인 경우 상기 컴퓨터에 의해 상기 파이로 밸브 공압 회로가 폐쇄된 상태에서 상기 파이로 장치 공압 회로에 고압을 걸어 상기 파이로 장치의 압력성능측정이 이루어지며, 상기 비활성타입 파이로 장치인 경우 폐쇄되지 않은 상태에서 상기 파이로 장치 공압 회로와 상기 파이로 밸브 공압 회로에 고압을 걸어 상기 파이로 장치의 압력성능측정이 이루어지는 압력성능시험수행단계;
    (C) 상기 압력성능측정이 압력성능측정 시간경과로 종료되면, 상기 컴퓨터에 의해 상기 파이로 장치 공압 회로와 상기 파이로 밸브 공압 회로의 압력이 0 psig로 리셋과 함께 폐쇄된 후 상기 파이로 장치에 고압을 다시 걸어 기밀성능측정시간 동안 압력측정과 압력변화를 관찰하여 기밀성능측정이 이루어지는 기밀성능시험수행단계;
    (D) 상기 기밀성능측정시간 동안 상기 파이로 장치의 압력 누설량 증가시 상기 파이로 장치 공압 회로의 측정부피 증가를 위해 상기 파이로 장치 공압 회로에 구비된 밀폐용기가 상기 컴퓨터에 의해 연통되는 노이즈제거단계;
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 파이로 장치 성능 시험방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 고압가스는 상기 압축가스탱크에 4,000 psig 로 저장되는 것을 특징으로 하는 파이로 장치 성능 시험방법.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 공압장치 세팅단계에서, 상기 컴퓨터는 상기 고압가스의 검출값을 psig로 측정하는 것을 특징으로 하는 파이로 장치 성능 시험방법.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 압력성능시험수행단계에서, 상기 활성타입 파이로장치의 시험은 상기 파이로 장치를 기폭시킨 후 상기 파이로 장치의 축방향 압력과 원주방향 압력을 측정하여 상기 압력성능측정이 이루어지고, 상기 비활성타입 파이로장치의 시험은 상기 파이로 밸브를 기폭시킨 후 상기 파이로 장치의 축방향 압력과 원주방향 압력을 측정하여 상기 압력성능측정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 파이로 장치 성능 시험방법.
  12. 청구항 8에 있어서, 상기 압력성능측정 시간경과는 1분이고, 상기 기밀성능측정시간은 수분인 것을 특징으로 하는 파이로 장치 성능 시험방법.
  13. 청구항 8에 있어서, 상기 측정부피증가는 40cc인 것을 특징으로 하는 파이로 장치 성능 시험방법.
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