KR101807424B1 - 다중 압출구조를 구비하는 완충장치 - Google Patents

다중 압출구조를 구비하는 완충장치 Download PDF

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한국항공우주연구원
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Abstract

일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치는 내부 공간을 구비하는 제1 실린더, 상기 제1 실린더의 내부에서 길이 방향으로 이동 가능하게 위치되는 제2 실린더, 상기 제2 실린더의 상단부 외측 면과 상기 제1 실린더의 내측 벽으로 둘러싸인 상기 제1 실린더 내부의 공간에 구비되는 충격 흡수재, 및 상기 제1 실린더의 내부 상단면에서 상기 제2 실린더 방향으로 돌출되는 로드를 포함할 수 있고, 상기 제2 실린더 내부 상부에는 길이방향으로 이격되게 위치되는 관통 홀들이 구비될 수 있으며, 상기 로드는 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더의 상대 이동에 의해 상기 제2 실린더의 관통 홀들을 관통할 수 있고, 상기 관통 홀들은 상기 로드의 진행경로와 동일 선상으로 위치될 수 있다.

Description

다중 압출구조를 구비하는 완충장치{SHOCK ABSORBER HAVING MULTIPLE EXTRUDING STRUCTURE}
다중 압출구조를 구비하는 완충장치가 개시된다. 보다 상세하게는, 착륙선의 충격하중을 최소화 하기 위해, 다중으로 이격되게 구비되는 복수 개의 관통 홀(orifice)을 이용하여 초 탄성재료를 다중 압출시켜서 충격하중을 흡수하는, 다중 압출구조를 구비하는 완충장치가 개시된다.
구조물의 충격을 흡수하는 완충장치는 소위 현가장치 또는 쇼크 업소버 등으로 구성되거나 명명되며, 이러한 완충장치는 구조물의 작동 중에 발생되는 내외부의 충격과 진동을 흡수하여 구조물 내부의 안정성을 향상시킨다.
완충장치는 차량, 자전거, 우주선 등 다양한 분야에서 이용되고 있다. 대표적으로 차량에서 사용되는 쇼크 업소버(shock absorber)는 차량에서는 주행 중 발생되는 노면 충격과 진동을 흡수하여 승차감을 향상시키며, 즉 상하로 발생되는 작은 진동을 흡수하여 주행 안정성을 높이고, 승차감을 크게 향상시켜주며, 현가장치와 차체 사이에 설치된다.
이러한 차량에서 사용되는 쇼크 업소버는 오일을 이용하여 완충하는 유압식 또는 가스를 이용하여 완충하는 가스식이 이용되고 있다.
또한, 완충장치는 우주선에서도 사용될 수 있다. 우주선이 우주 운항을 마치고 목표 지점에 착륙할 시, 완충장치는 우주선의 착륙에 의해 우주선으로 전달되는 충격하중이 탑재장비로 전달되지 못하도록 연착륙(soft-landing)을 위하여 충격을 흡수하는 역할을 한다.
위에서 언급된 차량에서 사용되는 쇼크 업소버는 유압식 또는 가스식으로 제작되어 이용되지만, 우주에서는 진공, 무중력, 유압유 기화현상, 극저온/고온 환경에서의 성능저하 등 때문에 유압식 또는 가스식 완충장치를 적용하기에 다소 어려움이 있다.
우주에서 이용될 수 있는 완충장치는 2012년 6월 13일 출원된 대한민국 특허출원번호 제 10-2012-0063230호의 "착륙선용 충격 완충장치"에 개시되어 있다.
일 실시예에 따른 목적은 우주 착륙선의 착륙 시 충격을 흡수할 수 있는 완충장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 다른 목적은 진공, 무중력 등과 같은 우주환경에서 이용 가능한 우주 착륙선용 완충장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 다른 목적은 재사용 가능한 우주 착륙선의 완충장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 다른 목적은 우주 착륙선의 완충장치의 충격 흡수 효율을 증대시키는 것이다.
일 실시예에 따른 다른 목적은 제작, 설치 및 유지비용을 절감할 수 있는 우주 착륙선의 완충장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치는 내부 공간을 구비하는 제1 실린더, 상기 제1 실린더의 내부에서 길이 방향으로 이동 가능하게 위치되는 제2 실린더, 상기 제2 실린더의 상단부 외측 면과 상기 제1 실린더의 내측 벽으로 둘러싸인 상기 제1 실린더 내부의 공간에 구비되는 충격 흡수재, 및 상기 제1 실린더의 내부 상단면에서 상기 제2 실린더 방향으로 돌출되는 로드를 포함할 수 있고, 상기 제2 실린더 내부 상부에는 길이방향으로 이격되게 위치되는 관통 홀들이 구비될 수 있으며, 상기 로드는 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더의 상대 이동에 의해 상기 제2 실린더의 관통 홀들을 관통할 수 있고, 상기 관통 홀들은 상기 로드의 진행경로와 동일 선상으로 위치될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 각각의 상기 관통 홀들의 직경은 서로 다르게 형성될 수 있으며, 상기 제2 실린더의 상단으로부터 하단으로 갈수록 상기 관통 홀들의 직경은 점점 작아질 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 복수 개의 상기 관통 홀들은 상기 제2 실린더의 상단에 구비되는 제1 관통 홀, 및 상기 제1 관통 홀의 아래에 구비되는 제2 관통 홀을 포함할 수 있고, 각각의 상기 관통 홀들의 직경에 대한 상기 제1 실린더 또는 상기 제2 실린더 내부 직경의 비율에 따라서 상기 충격 흡수재의 이동에 대한 압출비가 산출될 수 있으며, 상기 제1 실린더 내부의 직경과 상기 제1 관통 홀의 직경에 대한 저항 값은 상기 제2 실린더 내부의 직경과 상기 제2 관통 홀의 직경에 대한 저항 값보다 작을 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 복수 개의 상기 관통 홀들은 상기 제2 관통 홀의 아래에 구비되는 제3 관통 홀을 더 포함할 수 있고, 상기 제3 관통 홀의 직경에 대한 상기 제2 실린더 내부 직경의 비율에 따라서 상기 충격 흡수재의 이동에 대한 압출비가 산출될 수 있으며, 상기 제2 실린더 내부의 직경과 상기 제2 관통 홀의 직경에 대한 저항 값은 상기 제2 실린더 내부의 직경과 상기 제3 관통 홀의 직경에 대한 저항 값보다 작을 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 상기 제2 실린더 내부의 복수 개의 상기 관통 홀들 사이에는 이격 공간들이 구비될 수 있고, 상기 제2 실린더가 상기 제1 실린더 상단 방향으로 이동되어서 상기 로드가 상기 관통 홀들을 관통하면 상기 로드는 상기 관통 홀들을 차례로 관통할 수 있으며, 상기 충격 흡수재는 상기 로드를 따라서 상기 관통 홀들 사이의 상기 이격 공간들 중 상부에서부터 하부로 차례로 충진 될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 상기 로드의 직경은 상기 제1 실린더의 상단 단부 면으로부터의 거리에 따라서 점차 작아지게 형성될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 상기 제2 실린더의 내부 공간 및 상기 관통 홀들의 하부에는 길이 방향으로 이동 가능한 격벽이 구비될 수 있고, 상기 격벽의 하부에는 탄성부재 또는 탄성물질이 구비될 수 있으며, 상기 격벽은 상기 로드에 의해 아래로 이동될 수 있고, 상기 탄성부재 또는 상기 탄성물질은 상기 격벽의 이동에 의해 수축될 수 있다.
또는, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치는 내부 공간을 구비하고 길이 방향 압축력을 흡수하는 실린더, 및 상기 실린더의 내부 공간 일부에 구비되는 충격 흡수재를 포함할 수 있고, 상기 실린더의 내부 공간은 상기 실린더의 길이방향에 수직하고 서로 이격되게 배치되는 복수 개의 칸막이 벽에 의해 분리되어서 이격 공간을 형성할 수 있으며, 상기 칸막이 벽에는 관통 홀이 구비될 수 있고, 상기 충격 흡수재는 상기 실린더가 압축력에 의해 압축됨에 따라 상기 복수 개의 관통 홀을 통과하여 복수 개의 상기 이격 공간들을 순차적으로 지날 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 적어도 하나의 상기 칸막이 벽의 상부는 상기 충격 흡수재가 상기 관통 홀 방향으로 압출되기 용이하도록 경사진 가이드가 구비될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 상기 칸막이 벽의 하부에도 경사진 가이드가 구비되어서 상기 실린더의 내측 벽은 파형으로 형성될 수 있고, 파형 내측 벽에 의해 상기 관통 홀과 상기 칸막이 벽이 형성될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 복수 개의 상기 칸막이 벽들과 상기 실린더의 내측 벽에 둘러싸여 형성되는 상기 이격 공간의 부피는 상기 이격 공간이 상기 실린더의 상단면으로부터 멀어짐에 따라서 감소되게 형성될 수 있다.
일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치 의하면, 우주 착륙선의 착륙 시 충격을 흡수할 수 있는 다중 압출구조를 구비하는 완충장치가 제공된다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치 의하면, 진공, 무중력 등과 같은 우주환경에서 이용 가능한 다중 압출구조를 구비하는 완충장치가 제공된다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치 의하면, 재사용이 가능한 다중 압출구조를 구비하는 완충장치가 제공된다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치 의하면, 충격 흡수 효율이 개선된 다중 압출구조를 구비하는 완충장치가 제공된다.
또한, 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치 의하면, 제작, 설치 및 유지비용을 절감할 수 있는 다중 압출구조를 구비하는 완충장치가 제공된다.
도 1은 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 포함하는 우주 착륙선의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치를 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 완충장치의 압출구조의 확대도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 작동단계를 도시한다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 포함하는 우주 착륙선의 사시도이다.
도 1을 참조하여, 우주 착륙선은 완충장치(100) 우주 착륙선 몸체(200) 및 다리(300)를 포함한다.
완충장치(100)는 다리(300)에 구비될 수 있고, 우주 착륙선의 착륙시 다리(300)에 부가되는 하중을 흡수하여 다리(300)와 우주 착륙선 몸체(200)의 손상을 방지할 수 있다.
완충장치(100)는 실린더, 충격 흡수재(130)를 포함할 수 있다.
실린더는 내부 공간을 구비할 수 있고, 우주 착륙선의 착륙시 다리(300)에 부가되는 길이방향 압축력을 전달받고, 전달 받은 압축력을 흡수할 수 있다. 상기 실린더의 내부 공간의 상부에는 충격 흡수재(130)가 구비될 수 있다.
충격 흡수재(130)는 아래에서 자세히 설명된다.
실린더의 내부 공간은 실린더의 길이 방향에 수직하고 서로 이격되게 배치되는 복수 개의 칸막이 벽들(122, 124, 126)을 통해서 분리될 수 있다. 복수 개의 칸막이 벽들(122, 124, 126)에 의해 분리된 실린더의 내부 공간은 이격 공간을 정의할 수 있다. 즉, 실린더의 내부 공간에는 충격 흡수재(130)와 복수 개의 이격 공간으로 구성될 수 있다. 또한, 복수 개의 칸막이 벽들(122, 124, 126) 아래에는 추가적인 공간이 구비될 수 있다.
복수 개의 칸막이 벽들(122, 124, 126)에는 각각 관통 홀(1222, 1242, 1262)이 구비될 수 있고, 충격 흡수재(130)는 실린더가 압축력에 의해 압축됨에 따라서 복수 개의 관통 홀들(1222, 1242, 1262)을 통과할 수 있으며, 따라서 실린더의 길이방향을 따라서 배치된 복수 개의 이격 공간들을 순차적으로 통과할 수 있다.
일 실시예에 따른 완충장치들을 설명함에 있어서, 표현 상부, 하부 등의 방향을 지칭하는 표현이 사용되었지만 상부와 하부는 서로 반대되는 방향을 의미할 뿐이며, 방향을 제한하려는 의도는 아니다.
완충장치(100)에 대한 설명은 아래에서 보다 상세히 기술된다.
우주 착륙선 몸체(200)에는 통신장비, 관측장비, 배터리, 발전장비 등 우주 착륙선이 임무를 수행할 때 필요한 전장들이 포함될 수 있다. 우주 착륙선 몸체(200)는 다리(300)을 이용하여 목표지점에 안착될 수 있다. 우주 착륙선이 목표지점에 안착될 때에는 전장들이 손상되지 않도록 착륙 시 충격을 줄일 필요가 있다.
상기 다리(300)는 상기 우주 착륙선의 몸체(200)에 연결되어서 상기 우주 착륙선이 목표 지점에 안착 시 상기 우주 착륙선 몸체(200)를 지지할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치를 도시하고, 도 3은 일 실시예에 따른 완충장치의 압출구조의 확대도이다.
구체적으로, 도 2는 일 실시예에 따른 다중 압출구조 중 파형 단면을 구비하는 완충장치의 단면도를 도시하고, 도 3은 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 다중 압출구조의 각 구간의 비율을 도시한다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 완충장치는 제1 실린더(110), 제2 실린더(120), 충격 흡수재(130), 탄성부재(140), 격벽(150)을 포함할 수 있다.
제1 실린더(110)는 원통형으로 형성될 수 있으며, 내부에 내부 공간을 구비할 수 있고, 제2 실린더(120)를 감싸도록 배치될 수 있다. 제1 실린더의 하부에는 다리(300)가 위치될 수 있다.
제1 실린더(110)는 제1 실린더(110)의 내부 상단면에서 제1 실린더(110)의 방향으로 돌출되는 로드(112)를 포함할 수 있다.
로드(112)는 아래 뾰족한 핀 형태로 형성될 수 있다. 즉, 로드(112)의 직경은 제1 실린더의 상단면으로부터의 거리에 따라서 점차 작아지게 형성될 수 있다. 또한, 로드(112)의 단부에는 볼 형상의 공이(114)가 구비될 수 있다.
제2 실린더(120)는 제1 실린더(110) 내부 공간의 하부에 위치될 수 있고 제1 실린더(110)의 내부 공간 하부에서 제1 실린더(110)의 길이 방향을 따라서 내부 공간의 상부로 이동할 수 있다. 또한, 제2 실린더(120)의 하부는 제1 실린더(110)의 하부 개구를 통과하는 다리(300)와 연결될 수 있다. 다리(300)는 우주 착륙선의 착륙 시 압축력을 제2 실린더(120)에 전달 할 수 있고, 제2 실린더(120)는 제1 실린더(110)의 내부에서 제1 실린더(110)의 상부 방향으로 이동될 수 있다.
구체적으로, 제2 실린더(120)의 폭과 길이는 제1 실린더(110) 보다 작을 수 있다. 제2 실린더(120)는 제1 실린더(110)의 내부 공간의 일부를 점유할 수 있으며, 점유된 제1 실린더(110)의 내부 공간 일부는 내부 공간 중 하부일 수 있다.
또한, 제2 실린더(120)는 내부에 공간을 구비할 수 있다. 제2 실린더(120)의 내부 공간에는 제2 실린더(120)의 길이 방향으로 따라서 길이 방향에 수직하게 배치되는 적어도 두 개 이상의 칸막이 벽들(122, 124, 126)이 구비될 수 있다. 각각의 칸막이 벽들(122, 124, 126)은 서로 이격되게 배치될 수 있다.
칸막이 벽들(122, 124, 126) 중 가장 위 부분의 칸막이 벽인 제1 칸막이 벽(122)은 제2 실린더(120)의 상단면으로 정의된다. 또한, 각각의 칸막이 벽들(122, 124, 126)에 의해, 제2 실린더 내부의 공간은 분리될 수 있다. 즉, 제1 칸막이 벽(122)과 이격된 제2 칸막이 벽(124) 사이에는 이격 공간이 형성될 수 있으며, 제2 칸막이 벽(124)과 이격된 제3 칸막이 벽(126) 사이에도 이격 공간이 형성될 수 있고, 제 3 칸막이 벽(126)과 제2 실린더(120)의 하단면 사이에도 공간이 형성될 수 있다.
각각의 칸막이 벽들(122, 124, 126)에는 로드(112)와 동일 선상에 위치되는 관통 홀들(1222, 1242, 1262)이 구비될 수 있다. 구체적으로, 압축력에 의해 제2 실린더(120)가 제1 실린더(110)의 내부 공간에서 제1 실린더(110)의 상부 방향으로 이동되면, 로드(112)는 차례대로 관통 홀들(1222, 1242, 1262)을 관통할 수 있다.
이러한 칸막이 벽들(122, 124, 126)과 관통 홀들(1222, 1242, 1262)은 단면이 파형이 되도록 유선형으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 적어도 하나의 칸막이 벽들(122, 124, 126)의 상부에는 경사진 가이드가 구비될 수 있으며, 이는 도 4의 제1 칸막이 벽(122) 상측에 도시되어 있다. 또한, 칸막이 벽들(122, 124, 126)의 하부에도 경사진 가이드가 구비될 수 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 실린더(120)의 내측 벽의 단면은 파형으로 형성될 수 있고, 파형 내측벽에 의해 관통홀들(1222, 1242, 1262)과 칸막이 벽들(122, 124, 126)이 정의될 수 있다.
칸막이 벽들(122, 124, 126)에 의해 형성되는 복수 개의 이격 공간들의 부피는 이격 공간이 제2 실린더의 상단면(제1 칸막이 벽(122))으로부터 멀어짐에 따라서 감소되게 형성될 수 있다.
각각의 관통 홀들(1222, 1242, 1262)의 직경은 서로 다르게 형성될 수 있다. 보다 상세하게, 각각의 관통 홀들(1222, 1242, 1262)의 직경은 제2 실린더(120)의 상단으로부터 하단으로 갈수록 점점 작아지도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 각각의 관통 홀들(1222, 1242, 1262)의 직경에 대한 제1 실린더(110) 또는 제2 실린더(120) 내부 직경의 비율(관통 홀들의 직경 분에 실린더 내부 직경)은, 아래에서 기술되는 충격 흡수재(130)가 관통 홀들(1222, 1242, 1262)을 관통할 시 발생하는, 저항을 의미할 수 있고, 이는 압출비로 정의될 수 있다.
압출비는 도 3을 참조하여,
(R1 = Ao1/Af1) < (R2 = Ao2/Af2) < (R3 = Ao3/Af3)
의 관계로 형성될 수 있다.
Ao1은 제1 실린더(110)의 직경을 의미하고, Af1은 제1 관통 홀(1222)의 직경을 의미하며, R1은 충격 흡수재(130)가 제1 실린더(110)로부터 제1 관통 홀(1222)을 지나도록 통과할 때의 저항을 의미한다.
Ao2는 제1 칸막이 벽(122)과 제2 칸막이 벽(124) 사이 이격 공간의 직경을 의미하고, Af2는 제2 관통 홀(1242)의 직경을 의미하며, R2는 충격 흡수재(130)가 제1 칸막이 벽(122)과 제2 칸막이 벽(124) 사이 이격 공간으로부터 제2 관통 홀(1242)을 지나도록 통과할 때의 저항을 의미한다.
Ao3은 제2 칸막이 벽(124)과 제3 칸막이 벽(126) 사이 이격 공간의 직경을 의미하고, Af3은 제3 관통 홀(1262)의 직경을 의미하며, R3는 충격 흡수재(130)가 제2 칸막이 벽(124)과 제3 칸막이 벽(126) 사이 이격 공간으로부터 제3 관통 홀(1262)을 지나도록 통과할 때의 저항을 의미한다.
R1 < R2은 제2 관통 홀(1242)을 통과하는 충격 흡수재(130)의 압출비가 제1 관통 홀(1222)을 통과하는 충격 흡수재(130)의 압출비보다 커야 함을 의미하고, 즉 충격 흡수재(130)가 제1 관통 홀(1222)을 통과하는 힘보다 제2 관통 홀(1242)을 통과할 때 필요한 힘이 더 큼을 의미한다.
또한, R2 < R3는 제3 관통 홀(1262)을 통과하는 충격 흡수재(130)의 압출비가 제2 관통 홀(1242)을 통과하는 충격 흡수재(130)의 압출비보다 커야 함을 의미하고, 즉 충격 흡수재(130)가 제2 관통 홀(1242)을 통과하는 힘보다 제3 관통 홀(1262)을 통과할 때 필요한 힘이 더 큼을 의미한다.
따라서, 충격 흡수재(130)는 제1 관통 홀(1222)에서부터 제2 관통 홀(1242)과 제3 관통 홀(1262)로 차례로 진행 할 때, 충격 에너지를 순차적으로 서서히 압출변형에너지로 변환시켜서 완충효과를 증대시킬 수 있다.
예를 들어, 1차 압출에서의 압출비는 2:1 내지 3:1 수준일 수 있고, 2차 압출에서의 압출비는 3:1 내지 5:1 수준일 수 있으며, 3차 압출에서의 압출비는 5:1 내지 10:1 수준일 수 있고, 압출하중 해석 기법으로서는 자유물체 평형법, 변형 내의 미소체적요소 설정, 자유물체 힘의 평형 방정식 유도 및 경계조건 및 항복조건을 적용하는 미소체적요소(slab) 힘의 평형 방정식이 이용될 수 있다.
충격 흡수재(130)는 실리콘 재료, 러버 등의 연질 압축물질인 초탄성 재료일 수 있으며, 우주 착륙선에 부가되는 충격에너지는 충격 흡수재(130)의 압출변형에너지로 변환되어서 충격 흡수재(130)에 흡수될 수 있다.
충격 흡수재(130)는 제1 실린더(110)의 내측 벽과 제2 실린더(120)의 상단부 외측 면에 둘러싸일 수 있다. 즉, 충격 흡수재(130)는 제1 실린더(110)의 내부 공간 상부에 위치될 수 있다. 위에서 언급된 로드(112)는 제1 실린더(110)의 상단면에서 돌출되기 때문에, 제1 실린더(110)의 내부 공간 상부에 위치되는 충격 흡수재(130)와 로드(112)는 동일한 공간에 위치될 수 있다.
격벽(150)은 제2 실린더(120) 내부 공간의 하부, 복수 개의 칸막이 벽들(122, 124, 126)의 아래에 배치될 수 있다. 격벽은(150) 제2 실린더(120)의 내부공간의 하부 공간에서 제2 실린더(120)의 길이방향으로 이동될 수 있다.
탄성부재(140)는 격벽(150)의 아래 공간에 배치될 수 있다. 탄성부재(140)는 스프링 일 수 있으며, 탄성을 구비하는 물질 또는 기체가 될 수도 있다. 탄성 부재(140)는 격벽(150)을 지지하여 격벽(150)이 제2 실린더(120)의 하부로 진행하는 힘의 반력을 생성한다.
도 4는 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 작동단계를 도시한다. 구체적으로, 도 4는 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 단면도를 도시하고, 도 4a 내지 도 4e는 다중 압출구조의 작동 단계를 각각 도시한다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하여 아래에서 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치의 작동단계를 설명한다.
도 4a는 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치(100)의 초기상태의 단면을 도시한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 충격 흡수재(130)는 제1 실린더(110)의 내부 공간 상부 및 제2 실린더(120)의 상단면, 즉 제1 칸막이 벽(122) 위에 위치될 수 있다.
도 4b는 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치(100)의 공이(114)가 제2 관통 홀(1242)을 통과하는 상태를 도시한다.
완충장치(100)에 압축력이 작용함에 따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 공이(114)와 로드(112)는 제1 관통 홀(1222)을 지나서 제1 칸막이 벽(122)과 제2 칸막이 벽(124) 사이의 이격 공간에 진입될 수 있고, 동시에 충격 흡수재(130)는 공이(114)와 로드(112)의 진행을 따라서 제1 칸막이 벽(122)과 제2 칸막이 벽(124) 사이의 이격 공간을 채울 수 있다.
도 4c는 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치(100)의 공이(114)가 제 3 관통 홀(1242)을 통과하는 상태를 도시한다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 공이(114)와 로드(112)는 제2 관통 홀(1242)을 지나서 제2 칸막이 벽(124)과 제3 칸막이 벽(126) 사이의 이격 공간에 진입될 수 있고, 동시에 충격 흡수재(130)는 공이(114)와 로드(112)의 진행을 따라서 제2 칸막이 벽(124)과 제3 칸막이 벽(126) 사이의 이격 공간을 채울 수 있다.
도 4d는 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치(100)의 공이(114)가 격벽(150)을 미는 상태를 도시한다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 공이(114)는 제3 관통 홀(1262)을 지나서 격벽(150)에 접촉될 수 있고, 공이(114)는 격벽을 밀어낼 수 있다.
도 4e는 일 실시예에 따른 다중 압출구조를 구비하는 완충장치(100)의 공이(114)가 격벽(150)을 밀어서 격벽 아래 공간에 배치된 탄성 부재(140)가 최대로 압축된 상태를 도시한다.
도 4e에 도시된 바와 같이, 공이(114)는 격벽(150)을 밀어서 탄성 부재(140)를 최대로 압축시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하여 설명된 바와 같이, 완충장치(100)에 작용하는 압축력에 따라서, 완충장치(100)의 내부 공간 상부에 저장되는 연질압축 물질인 충격 흡수재(130)는 제1 관통 홀(1222)을 지나서 제1 관통 홀(1222)과 제2 관통 홀(1242) 사이의 이격 공간을 채우고, 그 후 충격 흡수재(130)는 제2 관통 홀(1242)을 지나서 제2 관통 홀(1242)과 제3 관통 홀(1262) 사이의 이격 공간을 채우며, 이후에 충격 흡수재(130)는 제3 관통 홀(1262)을 지나서 제3 관통 홀(1262)과 격벽(150) 사이의 공간을 채울 수 있다.
본원의 다중 압출구조를 구비하는 완충장치는 위에서 기술된 특징들에 의해 우주 착륙선의 착륙 시 충격을 흡수할 수 있고, 진공, 무중력 등과 같은 우주환경에서 이용될 수 있으며, 재사용이 가능할 수 있고, 완충장치의 충격 흡수 효율을 개선할 수 있으며, 제작, 설치 및 유지 비용이 절감될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 완충장치
110 : 제1 실린더
112 : 로드
114 : 공이
120 : 제2 실린더
122 : 제1 칸막이 벽
1222 : 제1 관통 홀
124 : 제2 칸막이 벽
1242 : 제2 관통 홀
126 : 제3 칸막이 벽
1262 : 제3 관통 홀
130 : 충격 흡수재
140 : 탄성부재
150 : 격벽
200 : 우주용 착륙선 몸체
300 : 다리

Claims (11)

  1. 내부 공간을 구비하는 제1 실린더;
    상기 제1 실린더의 내부에서 길이 방향으로 이동 가능하게 위치되는 제2 실린더;
    상기 제2 실린더의 상단부 외측 면과 상기 제1 실린더의 내측 벽으로 둘러싸인 상기 제1 실린더 내부의 공간에 구비되는 충격 흡수재; 및
    상기 제1 실린더의 내부 상단면에서 상기 제2 실린더 방향으로 돌출되는 로드;
    를 포함하고,
    상기 제2 실린더 내부 상부에는 길이방향으로 이격되게 위치되는 관통 홀들이 구비되며,
    상기 로드는 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더의 상대 이동에 의해 상기 제2 실린더의 관통 홀들을 관통하고,
    상기 관통 홀들은 상기 로드의 진행경로와 동일 선상으로 위치되며,
    상기 제2 실린더의 내부 공간 및 상기 관통 홀들의 하부에는 길이 방향으로 이동 가능한 격벽이 구비되고,
    상기 격벽의 하부에는 탄성부재 또는 탄성물질이 구비되며,
    상기 격벽은 상기 로드에 의해 아래로 이동되고,
    상기 탄성부재 또는 상기 탄성물질은 상기 격벽의 이동에 의해 수축되는, 다중 압출구조를 구비하는 완충장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    각각의 상기 관통 홀들의 직경은 서로 다르게 형성되며,
    상기 제2 실린더의 상단으로부터 하단으로 갈수록 상기 관통 홀들의 직경은 점점 작아지는, 다중 압출구조를 구비하는 완충장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    복수 개의 상기 관통 홀들은,
    상기 제2 실린더의 상단에 구비되는 제1 관통 홀; 및
    상기 제1 관통 홀의 아래에 구비되는 제2 관통 홀;
    을 포함하고,
    각각의 상기 관통 홀들의 직경에 대한 상기 제1 실린더 또는 상기 제2 실린더 내부 직경의 비율에 따라서 상기 충격 흡수재의 이동에 대한 압출비가 산출되며,
    상기 제1 실린더 내부의 직경과 상기 제1 관통 홀의 직경에 대한 저항 값은 상기 제2 실린더 내부의 직경과 상기 제2 관통 홀의 직경에 대한 저항 값보다 작은, 다중 압출구조를 구비하는 완충장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    복수 개의 상기 관통 홀들은,
    상기 제2 관통 홀의 아래에 구비되는 제3 관통 홀;
    을 더 포함하고,
    상기 제3 관통 홀의 직경에 대한 상기 제2 실린더 내부 직경의 비율에 따라서 상기 충격 흡수재의 이동에 대한 압출비가 산출되며,
    상기 제2 실린더 내부의 직경과 상기 제2 관통 홀의 직경에 대한 저항 값은 상기 제2 실린더 내부의 직경과 상기 제3 관통 홀의 직경에 대한 저항 값보다 작은, 다중 압출구조를 구비하는 완충장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 실린더 내부의 복수 개의 상기 관통 홀들 사이에는 이격 공간들이 구비되고,
    상기 제2 실린더가 상기 제1 실린더 상단 방향으로 이동되어서, 상기 로드가 상기 관통 홀들을 관통하면, 상기 로드는 상기 관통 홀들을 차례로 관통하며,
    상기 충격 흡수재는 상기 로드를 따라서 상기 관통 홀들 사이의 상기 이격 공간들 중 상부에서부터 하부로 차례로 충진되는, 다중 압출구조를 구비하는 완충장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 로드의 직경은 상기 제1 실린더의 상단 단부 면으로부터의 거리에 따라서 점차 작아지게 형성되는, 다중 압출구조를 구비하는 완충장치.
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