KR101863290B1

KR101863290B1 - 파이로 충격 저감형 분리구조

Info

Publication number: KR101863290B1
Application number: KR1020160157427A
Authority: KR
Inventors: 김경원; 김선원; 김창호; 전형열; 황도순
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2018-06-29

Abstract

본 발명은 파이로 충격을 절감할 수 있는 파이로 충격 저감형 분리구조를 위하여, 상부 구조물과 연결된, 상부 프레임; 하부 구조물과 연결되고, 상기 상부 프레임에 대향되도록 배치되는, 하부 프레임; 일 방향으로 연장되어 형성되며, 중앙부에 형성된 제1 결합홀 및 상기 제1 결합홀의 일측에 형성된 제2 결합홀을 갖고, 상기 제2 결합홀을 통해 상기 상부 프레임에 결합되는, 충격 흡수 유닛; 및 상기 충격 흡수 유닛을 사이에 두고 상기 상부 프레임 상에 배치되며, 상기 제1 결합홀을 통해 상기 충격 흡수 유닛과 결합되는, 분리 유닛를 구비하는, 파이로 충격 저감형 분리구조를 제공한다.

Description

파이로 충격 저감형 분리구조{SEPARATING STRUCTURE FOR REDUCING PYROSHOCK}

본 발명은 파이로 충격 저감형 분리구조에 관한 것으로서, 더 상세하게는 파이로 충격을 절감할 수 있는 파이로 충격 저감형 분리구조에 관한 것이다.

일반적으로 인공위성 또는 발사체 등의 항공우주 및 국방 분야의 구조물은 부품 간 분리를 수반하는 경우가 많다. 발사체의 단 분리, 발사체와 위성의 분리, 그리고 위성 내 태양 전지판 또는 안테나 등의 전개가 그 예이며, 이러한 과정은 분리장치에 의해 수행된다.

분리장치 작동 시, 광대역 고주파 응력파가 발생하여 구조물을 통해 전파되며, 이를 파이로 충격(pyrotechnic shock)이라고 한다. 엄밀히는 폭발식 분리장치에서 발생하는 충격을 파이로 충격이라고 지칭하나 비폭발식 분리장치에 의한 충격 또한 고주파 광대역 응력파라는 관점에서 그 본질이 유사하기 때문에 비폭발식에 의한 충격도 파이로 충격의 범주로 간주하는 경우가 많다.

이러한 파이로 충격은 구조물에 속도 및 변위를 거의 유발하지 않는 특징이 있어, 구조물에는 큰 영향이 없다. 그러나 고유주파수가 높은 탑재 전자 장비는 파이로 충격에 매우 취약하며, 파이로 충격에 의해 탑재 전자 장비가 파손되는 경우, 위성이나 발사체의 전체 임무가 실패할 수 있는 위험성이 있다. 따라서 탑재 전자 장비를 파이로 충격으로부터 보호할 필요가 있다.
한국 공개 특허 KR10-2017-0084541 A에서는, 이와 같은 다양한　파이로　충격 환경에 대응할 수 있는 고유주파수 가변형 자유단 공진체를 이용한 실험 장비 및 실험 방법을 개시하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 파이로 충격을 절감할 수 있는 파이로 충격 저감형 분리구조를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 상부 구조물과 연결된, 상부 프레임; 하부 구조물과 연결되고, 상기 상부 프레임에 대향되도록 배치되는, 하부 프레임; 일 방향으로 연장되어 형성되며, 중앙부에 형성된 제1 결합홀 및 상기 제1 결합홀의 일측에 형성된 제2 결합홀을 갖고, 상기 제2 결합홀을 통해 상기 상부 프레임에 결합되는, 충격 흡수 유닛; 및 상기 충격 흡수 유닛을 사이에 두고 상기 상부 프레임 상에 배치되며, 상기 제1 결합홀을 통해 상기 충격 흡수 유닛과 결합되는, 분리 유닛를 구비하는, 파이로 충격 저감형 분리구조가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 프레임은 중앙부에 형성된 제1 홀을 갖고, 상기 하부 프레임은 상기 제1 홀에 대응되는 위치에 형성된 제2 홀을 가지며, 상기 하부 프레임은 상기 제1 홀 및 제2 홀을 관통하여 삽입되는 분리 수단에 의해 상기 분리 유닛과 결합될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분리 수단에 대응되는 위치에, 상기 하부 프레임 하부에 부착되어, 폭발에 의해 분리된 상기 분리 수단을 담는 캐쳐 부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충격 흡수 유닛은 상기 제1 결합홀의 타측에 형성된 제3 결합홀을 더 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충격 흡수 유닛은, 중앙부에 있어서 제1 방향으로 돌출된 제1 돌출부 및 일 단부와 타 단부에 있어서 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 돌출된 제2 돌출부 및 제3 돌출부를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 결합홀은 상기 제1 돌출부를 관통하고, 상기 제2 결합홀은 상기 제2 돌출부를 관통하며, 상기 제3 결합홀은 상기 제3 돌출부를 관통할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분리 유닛은 일 축 방향으로 연장되며 원통형 형상을 갖는 원통부 및 상기 원통부의 끝 단에 위치하며 일 축과 수직하는 타 축 방향으로 연장된 지지부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지지부는 체결구를 가지며, 상기 분리 유닛은 상기 체결구 및 상기 제1 결합홀을 관통하는 결합 수단에 의해 상기 충격 흡수 유닛과 결합할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충격 흡수 유닛은 내부에 삽입되는 충격 흡수부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충격 흡수부는 상기 제1 결합홀 및 상기 제2 결합홀 사이에 삽입될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충격 흡수부는 상기 제1 결합홀 및 상기 제3 결합홀 사이에 삽입될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충격 흡수부는 순차적으로 적층된 제1 감쇠층, 제2 감쇠층 및 제3 감쇠층을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 감쇠층, 상기 제2 감쇠층 및 상기 제3 감쇠층은 임피던스가 서로 상이할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 감쇠층, 상기 제2 감쇠층 및 상기 제3 감쇠층은 상기 충격 흡수 유닛이 연장되어 형성된 상기 일 방향으로 순차적으로 적층될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 감쇠층은 상기 제1 결합홀에 인접하도록 위치하고, 상기 제3 감쇠층은 상기 제2 결합홀에 인접하도록 위치하며, 상기 제1 감쇠층에서 상기 제3 감쇠층으로 갈수록 각 층의 임피던스가 순차적으로 낮아질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 충격 흡수부의 끝 단부에는 상기 제3 감쇠층이 배치되고, 상기 제3 감쇠층은 점탄성 재료를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 감쇠층은 상면 및 상기 상면과 연결되는 측면이 상기 충격 흡수 유닛의 내측에 접할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 감쇠층은 금속재를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 감쇠층은 형상 기억 소재를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 감쇠층은 상기 제2 감쇠층 내부에서 임피던스의 구배를 가질 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 파이로 충격을 절감할 수 있는 파이로 충격 저감형 분리구조를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 파이로 충격 저감형 분리구조를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 파이로 충격 저감형 분리구조를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 파이로 충격 저감형 분리구조를 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 4는 도 1의 충격 흡수 유닛을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 3의 충격 흡수 유닛에 삽입되는 충격 흡수부를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 4의 충격 흡수부를 A-A' 선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 충격 흡수부를 개략적으로 도시하는 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

한편, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. 또한, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 "바로 위에" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 파이로 충격 저감형 분리구조를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 파이로 충격 저감형 분리구조를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 파이로 충격 저감형 분리구조를 개략적으로 도시하는 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 관한 파이로 충격 저감형 분리구조는 상부 구조물(미도시)과 연결된 상부 프레임(100), 하부 구조물(미도시)과 연결된 하부 프레임(200), 일 방향으로 연장되어 형성되며 상부 프레임(100)에 결합되는 충격 흡수 유닛(300) 및 충격 흡수 유닛(300)과 결합되는 분리 유닛(400)을 포함한다.

상부 프레임(100)은 상부 구조물에 연결될 수 있으며, 도시되어 있지는 않으나, 이때 상부 구조물은 인공위성 등과 같은 발사체일 수 있다. 상부 프레임(100)은 이러한 상부 구조물의 내부에 위치할 수 있으며, 예컨대 상부 구조물은 브라켓일 수 있다. 도면에서는, 상부 프레임(100)이 평판 형태의 사각 구조로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

하부 프레임(200)은 하부 구조물과 연결될 수 있으며, 도시되어 있지는 않으나, 이때 하부 구조물은 전개체일 수 있다. 하부 프레임(200)은 하부 구조물 자체의 일부일 수도 있고, 하부 구조물에 별도로 부착된 부품일 수도 있다. 도면에서는, 하부 프레임(200)이 평판 형태의 사각 구조로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 하부 프레임(200)은 상부 프레임(100)에 대향하여 배치될 수 있으며, 상부 프레임(100)과 평행하게 배치될 수 있다.

충격 흡수 유닛(300)은 일 방향(+x 방향)으로 연장된 바디를 가질 수 있으며, 소정의 두께와 높이를 갖도록 구비될 수 있다. 충격 흡수 유닛(300)은 제1 결합홀(310a), 제2 결합홀(320a) 및 제3 결합홀(330a)을 가질 수 있다. 제1 결합홀(310a)은 충격 흡수 유닛(300)의 중앙부에 위치할 수 있으며, 제2 결합홀(320a) 및 제3 결합홀(330a)은 충격 흡수 유닛(300)의 일 단부 및 타 단부에 위치할 수 있다. 즉, 제2 결합홀(320a) 및 제3 결합홀(330a)을 제1 결합홀(310a)을 사이에 두고 각각 제1 결합홀(310a)의 일 측 및 타 측에 위치할 수 있다. 이러한 제1 결합홀(310a)은 충격 흡수 유닛(300)의 중앙부를 관통하도록 구비될 수 있고, 제2 결합홀(320a) 및 제3 결합홀(330a)을 충격 흡수 유닛(300)의 일 단부 및 타 단부를 각각 관통하도록 구비될 수 있다.

충격 흡수 유닛(300)은 제2 결합홀(320a) 및 제3 결합홀(330a)을 통해 상부 프레임(100)에 결합될 수 있다. 즉, 충격 흡수 유닛(300)은 제2 결합홀(320a)을 관통하는 제2 결합 수단(322)에 의해 상부 프레임(100)과 결합될 수 있으며, 제3 결합홀(330a)을 관통하는 제3 결합 수단(332)에 의해 상부 프레임(100)과 결합될 수 있다. 제2 결합 수단(322) 및 제3 결합 수단(322)은 예컨대, 볼트일 수 있다.

분리 유닛(400)은 충격 흡수 유닛(300)을 사이에 두고 상부 프레임(100) 상에 배치될 수 있다. 분리 유닛(400)은 제1 결합홀(310a)을 통해 충격 흡수 유닛(300)과 결합할 수 있다. 즉, 분리 유닛(400)은 제1 결합홀(310a)을 관통하는 제1 결합 수단(312)에 의해 충격 흡수 유닛(300)과 결합할 수 있다.

분리 유닛(400)은 일 축 방향(Z축 방향)으로 연장되며, 원통형 형상을 갖는 원통부(410) 및 원통부(410) 끝 단에 위치하며 일 축(Z축)과 수직하는 타 축(Y축) 방향으로 연장된 지지부(420)를 포함할 수 있다. 지지부(420)는 원통부(410) 하부에 배치되어 원통부(410)를 지지하는 기능을 할 수 있다. 지지부(420)는 판상 형태를 가지며, 원통부(410)는 이러한 지지부(420)의 중앙에 위치할 수 있다. 지지부(420)는 원통부(410)가 위치한 중앙을 기준으로 일 측과 타 측에 각각 체결구(422)를 구비할 수 있다. 분리 유닛(400)은 지지부(420)에 형성된 체결구(422) 및 충격 흡수 유닛(300)에 형성된 제1 결합홀(310a)을 관통하는 제1 결합 수단(312)에 의해 충격 흡수 유닛(300)과 결합할 수 있다.

한편, 상부 프레임(100)은 제1 홀(100a)을 갖고, 하부 프레임(200)은 제2 홀(200a)을 가질 수 있다. 상부 프레임(100)의 제1 홀(100a)은 상부 프레임(100)의 중앙부에 위치할 수 있으며, 하부 프레임(200)의 제2 홀(200a)은 상부 프레임(100)의 제1 홀(100a)에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 이러한 상부 프레임(100)과 하부 프레임(200)은 제1 홀(100a) 및 제2 홀(200a)을 관통하여 삽입되는 분리 수단(500)에 의해 분리 유닛(400)과 결합될 수 있다.

이러한 분리 수단(500)은 상술한 것과 같이 하부 프레임(200)의 제2 홀(200a), 상부 프레임(100)의 제1 홀(100a)을 거쳐, 분리 유닛(400)과 결합될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 분리 수단(500)이 분리 유닛(400)의 원통부(410)와 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 분리 수단(500)은 폭발에 의해 결합이 분리되면서, 상부 프레임(100)과 하부 프레임(200)의 결속을 해제시킬 수 있다. 분리 수단(500)은 상측 방향(+z 방향)으로 삽입되어 결합될 수 있다. 도시되어 있지는 않으나, 하부 프레임(200)과 분리 수단(500) 사이에는 일명, Belleville Washer라고 불리는 반달 형상의 와셔가 삽입되고, 상기 와셔에 가해진 압축력에 의해 분리 수단(500)을 결합을 해제할 수 있다.

본 실시예에서는 이러한 분리 수단(500)과 대응되는 위치의 하부 프레임(200) 하부에 구비되어, 폭발에 의해 분리된 분리 수단(500)을 담는 캐쳐 부재(600)를 포함할 수 있다. 이와 같이 결합이 해제된 분리 수단(500)은 하부 프레임(200)에 부착되어 있는 캐쳐 부재(600)에 보관될 수 있다.

이와 같이, 전개체인 하부 프레임(200)을 전개하기 위해 분리 유닛(400)에 인가된 신호에 의해 상술한 것과 같이 분리 수단(500)이 제거된다. 이때 분리 유닛(400)으로부터 발생한 응력파는 충격 흡수 유닛(300)을 통하여 전파되며, 이러한 응력파는 굽힘파 형태로 변환되고, 굽힘파의 대부분은 충격 흡수 유닛(300)의 충격 흡수부(350)를 통하여 흡수된다.

도 4는 도 1의 충격 흡수 유닛(300)을 개략적으로 도시하는 사시도이다.

도 4를 참조하면, 충격 흡수 유닛(300)은 일 방향(+x 방향)으로 연장되어 형성될 수 있으며, 대략 사각 기둥 형상으로 구비될 수 있다. 다만, 충격 흡수 유닛(300)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니고, 충격 흡수 유닛(300)과 결합하는 상부 프레임(100) 및/또는 분리 유닛(400)의 형상에 따라 변형 가능하다.

이러한 충격 흡수 유닛(300)은 중앙부에 있어서 제1 돌출부(310), 일 단부에 있어서 제2 돌출부(320) 및 타 단부에 있어서 제3 돌출부(330)가 형성될 수 있다. 제1 돌출부(310)는 상부를 향하는 제1 방향(+z 방향)으로 돌출될 수 있으며, 제2 돌출부(320) 및 제3 돌출부(330)는 제1 방향과 반대되는 하부를 향하는 제2 방향(-z 방향)으로 돌출될 수 있다. 이때 제1 결합홀(310a)은 제1 돌출부(310)에 위치하여 제1 돌출부(310)를 관통하도록 형성될 수 있다. 제2 결합홀(320a)은 제2 돌출부(320)에 위치하여 제2 돌출부(320)를 관통하도록 형성될 수 있으며, 마찬가지로 제3 결합홀(330a)은 제3 돌출부(330)에 위치하여 제3 돌출부(330)를 관통하도록 형성될 수 있다.

한편, 충격 흡수 유닛(300)은 제1 돌출부(310)와 제2 돌출부(320) 사이에 내측으로 인입된 공간(300b)을 가질 수 있다. 마찬가지로 제1 돌출부(310)와 제3 돌출부(330) 사이에도 내측으로 인입된 공간(300b)을 가질 수 있다. 이러한 공간(300b) 내부에는 충격 흡수부(350)가 삽입될 수 있다. 즉, 충격 흡수부(350)는 제1 결합홀(310a)과 제2 결합홀(320a) 사이 및/또는 제1 결합홀(310a)과 제3 결합홀(330a) 사이에 삽입될 수 있다. 도 4에서는, 설명의 편의를 위해 충격 흡수부(350)가 제1 결합홀(310a)과 제2 결합홀(320a) 사이만 삽입된 것으로 도시되어 있으나, 충격 흡수부(350)는 제1 결합홀(310a)과 제3 결합홀(330a) 사이에도 삽입될 수 있음은 물론이다.

충격 흡수부(350)는 제1 돌출부(310)와 제2 돌출부(320) 사이, 제1 돌출부(310)와 제3 돌출부(330) 사이에 형성된 내측 공간(300b)에 삽입될 수 있다. 도 4에서는 충격 흡수부(350)가 충격 흡수 유닛(300)의 내측 공간(300b)의 일 측에 치우쳐 공간(300b)의 일부에 삽입된 것으로 도시되어 있으나, 충격 흡수부(350)는 충격 흡수 유닛(300)의 내측 공간(300b)을 전부 메우도록 삽입될 수도 있다. 도 4에 도시된 것과 같이, 충격 흡수부(350)가 충격 흡수 유닛(300)의 내측 공간(300b)의 일 측에 치우쳐 공간의 일부에 삽입된 경우, 충격 흡수부(350)는 파이로 충격을 효과적으로 감쇠시키기 위해 제1 돌출부(310)에 접하여 삽입될 수 있다. 즉, 후술할 제3 감쇠층(356)은 상면과 상면에서 연장된 측면을 가지며, 제3 감쇠층의 상면과 측면은 충격 흡수 유닛(300)의 내측 공간에 접하도록 삽입될 수 있다.

또한, 도 4에서는 충격 흡수부(350)가 제1 돌출부(310)와 제2 돌출부(320) 사이의 내측 공간(300b)에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 충격 흡수부(350)는 제1 돌출부(310)와 제3 돌출부(330) 사이의 내측 공간(300b)에도 배치될 수 있다. 이 경우에는 충격 흡수부(350)는 제1 돌출부(310) 측에 접하도록 치우쳐 삽입될 수도 있고, 제1 돌출부(310)와 제3 돌출부(330) 사이의 내측 공간(300b)을 전부 메우도록 삽입될 수도 있다.

분리 유닛(400)에서 발생한 응력파의 일부는 충격 흡수 유닛(300)의 제1 돌출부(310)를 거쳐 충격 흡수 유닛(300)의 바디를 따라 굽힘파의 형태로 충격 흡수 유닛(300)의 양 끝 단에 위치한 제2, 3 돌출부(320, 330)를 통해 상부 프레임(100)으로 전파되는데, 이때 굽힘파의 대부분은 충격 흡수부(350)에 의해 흡수될 수 있다.

도 5는 도 3의 충격 흡수 유닛(300)에 삽입되는 충격 흡수부(350)를 개략적으로 도시하는 사시도이고, 도 6은 도 4의 충격 흡수부(350)를 A-A' 선을 따라 취한 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.

상술한 것과 같이, 도 4에서는 충격 흡수부(350)가 제1 돌출부(310)와 제2 돌출부(320) 사이의 내측 공간(300b)에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 충격 흡수부(350)는 제1 돌출부(310)와 제3 돌출부(330) 사이의 내측 공간(300b)에도 배치될 수 있다. 이하의 설명에서는, 제1 돌출부(310)와 제2 돌출부(320) 사이의 내측 공간(300b)에 배치되는 충격 흡수부(350)를 기준으로 설명하도록 한다.

도 4 내지 도 6을 함께 참조하면, 충격 흡수부(350)는 복수개의 층들이 순차적으로 적층된 다층구조일 수 있다. 이러한 충격 흡수부(350)는 순차적으로 적층된 제1 감쇠층(356), 제2 감쇠층(354) 및 제3 감쇠층(352)을 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 감쇠층(356), 제2 감쇠층(354) 및 제3 감쇠층(352)은 충격 흡수 유닛(300)이 연장되어 형성된 일 방향(+x 방향)으로 적층될 수 있다. 즉, 제3 감쇠층(352)은 제2 결합홀(320a)이 구비된 제2 돌출부(320)에 인접하도록 위치하고, 제1 감쇠층(356)은 제1 결합홀(310a)이 구비된 제1 돌출부(310)에 인접하도록 위치할 수 있다. 도시된 것과 같이 제1 감쇠층(356)과 제3 감쇠층(352) 사이에는 제2 감쇠층(354)이 개재될 수 있으며, 제1 감쇠층(356)과 제3 감쇠층(352) 사이에는 제2 감쇠층(354) 이외에도 다른 층들이 더 개재될 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 제1 감쇠층(356), 제2 감쇠층(354) 및 제3 감쇠층(352)은 임피던스가 서로 상이할 수 있다. 즉, 제1 감쇠층(356), 제2 감쇠층(354) 및 제3 감쇠층(352)은 임피던스가 상이한 서로 다른 물질을 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 감쇠층(356), 제2 감쇠층(354) 및 제3 감쇠층(352)의 임피던스는 순차적으로 낮아질 수 있다. 즉, 제1 감쇠층(356)에서 제3 감쇠층(352)으로 갈수록 각 층의 임피던스는 순차적으로 낮아질 수 있다. 이는 다시 말해, 충격 흡수 유닛(300)의 끝 단부에서 중앙부로 순으로 배치된 차례대로 충격 흡수부(350) 각각 층의 임피던스가 낮아지는 것으로 이해될 수 있다.

따라서 제1 돌출부(310)에 접하도록 배치된 제1 감쇠층(356)의 임피던스가 가장 높게 형성될 수 있으며, 제2 돌출부(320)에 접하도록 배치된 제3 감쇠층(352)의 임피던스가 가장 낮게 형성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제2 돌출부(320)에 접하도록 배치된 제3 감쇠층(352)은 가장 낮은 임피던스를 갖도록 구비되어야 하는바, 제3 감쇠층(352)은 점탄성 재료를 포함할 수 있다. 여기서 점탄성 재료는, 예컨대 수지, 고무 또는 열가소성 엘라스토머(elastomer) 등의 재료를 포함할 수 있다.

또한, 제3 감쇠층(352)의 반대 측 끝 단에 위치한 제1 감쇠층(356)은 충격 흡수부(350)에 있어서 상대적으로 가장 높은 임피던스를 갖는 층으로 구비될 수 있다. 이러한 제1 감쇠층(356)은 예컨대, 강철 등의 금속재를 포함할 수 있다. 다만, 제1 감쇠층(356)의 재료가 강철 등에 국한되는 것은 아니며, 제2, 3 감쇠층(354, 352)에 비해 임피던스가 높은 금속재들로 형성될 수 있다.

또한, 제1 감쇠층(356)과 제3 감쇠층(352) 사이에 개재된 제2 감쇠층(354)은 제1 감쇠층(356)과 제3 감쇠층(352) 사이의 임피던스를 갖는 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 감쇠층(356)이 강철을 포함하는 경우, 제2 감쇠층(354)은 강철보다 낮은 임피던스를 갖는 알루미늄과 같은 금속재를 포함할 수도 있다.

이와 같은 충격 흡수부(350)는 응력파 전파 방향을 기준으로 상술한 것과 같이 점점 임피던스가 낮아지도록 서로 상이한 재료들의 다층 구조로 구비될 수 있으며, 따라서 충격 흡수부(350) 끝 단에는 상술한 것과 같이 점탄성 재료가 부착될 수 있다. 이러한 구조를 통해 충격 흡수부(350)에 들어온 굽힘파는 전파 속도가 점차적으로 낮아진 후 점탄성 재료에 의하여 감쇠된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 관한 충격 흡수 유닛(300)은 분리 유닛(400)에서 발생한 응력파는 굽힘파의 형태로 변환시킨 후, 하중 경로의 일부에 위치한 충격 흡수 유닛(300)을 통해 굽힘파로 변형된 응력파가 전파되어 흡수되게 하는 기능을 할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 충격 흡수 유닛(300)은 다양한 재료를 이용하여 제작될 수 있으나, 분리 유닛(400)과 상부 프레임(100) 사이에 결합되어 분리 유닛(400)의 수 천 kg의 하중을 지지해야 하는 바, 고강도 재료로 제작되는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 관한 충격 흡수부(350')의 단면을 개략적으로 도시하는 단면도이다.

한편, 전술한 것과 같이 본 실시예에 따른 충격 흡수부(350')는 임피던스가 서로 다른 복수개의 층들의 적층 구조를 갖기 때문에, 임피던스가 불연속적일 수 있다. 이 경우 충격 흡수부(350')로 입사된 굽힘파의 흡수도 불연속적일 수 있고, 이를 개선하기 위해 도 7에 도시된 것과 같이 제1 감쇠층(356')과 제3 감쇠층(352') 사이에 임피던스를 보상하기 위한 제2 감쇠층(354')이 개재될 수 있다. 본 실시예에 따른 제2 감쇠층(354')은 임피던스 보상층으로써, 예컨대 형상기억합금 또는 형상기억 폴리머가 이용될 수 있다.

이때 충격 흡수부(350')의 끝 단, 즉 제1 감쇠층(356')의 반대 측에 위치한 제3 감쇠층(352')에는 박판 히터를 포함할 수 있다. 박판 히터는 열전도율이 우수한 금속재 등을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 히터를 가열하면 충격 흡수부(350') 내에 온도 구배가 발생하게 되고, 형상기억 소재를 포함하는 제2 감쇠층(354') 내에 임피던스가 연속적으로 낮아지게 된다.

일반적으로 인공위성 또는 발사체 등의 항공우주 및 국방 분야의 구조물은 부품 간 분리를 수반하는 경우가 많다. 발사체의 단 분리, 발사체와 위성의 분리, 그리고 위성 내 태양 전지판 또는 안테나 등의 전개가 그 예이며, 이러한 과정은 분리장치에 의해 수행된다. 분리장치 작동 시, 광대역 고주파 응력파가 발생하여 구조물을 통해 전파되며, 이를 파이로 충격(pyrotechnic shock)이라고 한다. 엄밀히는 폭발식 분리장치에서 발생하는 충격을 파이로 충격이라고 지칭하나 비폭발식 분리장치에 의한 충격 또한 고주파 광대역 응력파라는 관점에서 그 본질이 유사하기 때문에 비폭발식에 의한 충격도 파이로 충격의 범주로 간주하는 경우가 많다.

파이로 충격은 구조물에 속도 및 변위를 거의 유발하지 않는 특징이 있어, 구조물에는 큰 영향이 없다. 그러나 고유주파수가 높은 탑재 전자 장비는 파이로 충격에 매우 취약하며, 파이로 충격에 의해 탑재 전자 장비가 파손되는 경우, 위성이나 발사체의 전체 임무가 실패할 수 있는 위험성이 있다. 따라서 탑재 전자 장비를 파이로 충격으로부터 보호할 필요가 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 관한 파이로 충격 저감형 분리구조에서는, 파이로충격으로부터 장비를 보호하는 방법으로써, 파이로 충격의 원천인 분리 유닛(400)과 상부 프레임(100)사이에 충격 흡수 유닛(300)을 개재하여, 파이로 충격 전파 초기에 조기 차단할 수 있다.

전자 장비에 장착하는 충격흡수 시스템은 장비의 질량, 충격 흡수부(350)의 강성 및 감쇠 특성 등을 고려하여 각각의 장비에 맞춰 장비-절연기 시스템의 진동 특성을 설계해야 하나, 본 발명의 일 실시예와 같이 분리 유닛(400)과 상부 프레임(100)사이에 충격 흡수 유닛(300)을 개재하여 파이로 충격의 원천을 차단하는 경우, 절연기로 인한 장비 강성 저하 자체가 없기 때문에 이러한 점으로부터 자유로운 장점이 있다.

또한, 위성이나 발사체 내부에는 여러 대의 전자 장비가 탑재되기 때문에, 장비에 충격 흡수부(350)를 적용하는 방법보다 파이로충격의 원천인 분리 유닛(400)에 충격 흡수 유닛(300)을 적용하는 경우, 파이로 충격을 직접적으로 최소할 수 있다.

또한, 궁극적으로 파이로 충격 원천 차단이 이상적으로 적용되는 경우, 위성 또는 발사체의 내부는 파이로 충격에 영향을 받지 않기 때문에 파이로 충격 관련 인증 시험을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것 이다.

100: 상부 프레임
100a: 제1 홀
200: 하부 프레임
200a: 제2 홀
300: 충격 흡수 유닛
310: 제1 돌출부
310a: 제1 결합홀
320: 제2 돌출부
320a: 제2 결합홀
330: 제3 돌출부
330a: 제3 결합홀
312: 제1 결합 수단
322: 제2 결합 수단
332: 제3 결합 수단
350, 350': 충격 흡수부
352, 352': 제3 감쇠층
354, 354': 제2 감쇠층
356, 356': 제1 감쇠층
400: 분리 유닛
410: 원통부
420: 지지부
422: 체결구
500: 분리 수단
600: 캐쳐 부재

Claims

상부 구조물과 연결되고, 중앙부에 위치한 제1 홀을 갖는, 상부 프레임;
하부 구조물과 연결되고, 상기 상부 프레임에 대향되도록 배치되며, 상기 제1 홀에 대응하는 위치에 위치한 제2 홀을 갖는, 하부 프레임;
일 방향으로 연장되어 형성되며, 중앙부에 형성된 제1 결합홀 및 상기 제1 결합홀의 일측에 형성된 제2 결합홀을 갖고, 상기 제2 결합홀을 통해 상기 상부 프레임에 결합되는, 충격 흡수 유닛;
상기 충격 흡수 유닛을 사이에 두고 상기 상부 프레임 상에 배치되며, 상기 제1 결합홀을 통해 상기 충격 흡수 유닛과 결합되는, 분리 유닛; 및
상기 제1 홀 및 상기 제2 홀을 관통하여 삽입되어 상기 하부 프레임과 상기 분리 유닛을 결합하는, 분리 수단;
을 구비하는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
삭제
제1항에 있어서,
상기 분리 수단에 대응되는 위치에, 상기 하부 프레임 하부에 부착되어, 폭발에 의해 분리된 상기 분리 수단을 담는 캐쳐 부재를 더 포함하는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제1항에 있어서,
상기 충격 흡수 유닛은 상기 제1 결합홀의 타측에 형성된 제3 결합홀을 더 갖는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제4항에 있어서,
상기 충격 흡수 유닛은, 중앙부에 있어서 제1 방향으로 돌출된 제1 돌출부 및 일 단부와 타 단부에 있어서 상기 제1 방향과 반대되는 제2 방향으로 돌출된 제2 돌출부 및 제3 돌출부를 갖는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제5항에 있어서,
상기 제1 결합홀은 상기 제1 돌출부를 관통하고, 상기 제2 결합홀은 상기 제2 돌출부를 관통하며, 상기 제3 결합홀은 상기 제3 돌출부를 관통하는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제1항에 있어서,
상기 분리 유닛은 일 축 방향으로 연장되며 원통형 형상을 갖는 원통부 및 상기 원통부의 끝 단에 위치하며 일 축과 수직하는 타 축 방향으로 연장된 지지부를 포함하는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제7항에 있어서,
상기 지지부는 체결구를 가지며, 상기 분리 유닛은 상기 체결구 및 상기 제1 결합홀을 관통하는 결합 수단에 의해 상기 충격 흡수 유닛과 결합하는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제4항에 있어서,
상기 충격 흡수 유닛은 내부에 삽입되는 충격 흡수부를 포함하는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제9항에 있어서,
상기 충격 흡수부는 상기 제1 결합홀 및 상기 제2 결합홀 사이에 삽입되는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제10항에 있어서,
상기 충격 흡수부는 상기 제1 결합홀 및 상기 제3 결합홀 사이에 삽입되는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제9항에 있어서,
상기 충격 흡수부는 순차적으로 적층된 제1 감쇠층, 제2 감쇠층 및 제3 감쇠층을 포함하는 다층 구조를 갖는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제12항에 있어서,
상기 제1 감쇠층, 상기 제2 감쇠층 및 상기 제3 감쇠층은 임피던스가 서로 상이한, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제12항에 있어서,
상기 제1 감쇠층, 상기 제2 감쇠층 및 상기 제3 감쇠층은 상기 충격 흡수 유닛이 연장되어 형성된 상기 일 방향으로 순차적으로 적층되는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제12항에 있어서,
상기 제1 감쇠층은 상기 제1 결합홀에 인접하도록 위치하고, 상기 제3 감쇠층은 상기 제2 결합홀에 인접하도록 위치하며,
상기 제1 감쇠층에서 상기 제3 감쇠층으로 갈수록 각 층의 임피던스가 순차적으로 낮아지는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제12항에 있어서,
상기 충격 흡수부의 끝 단부에는 상기 제3 감쇠층이 배치되고, 상기 제3 감쇠층은 점탄성 재료를 포함하는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제12항에 있어서,
상기 제1 감쇠층은 상면 및 상기 상면과 연결되는 측면이 상기 충격 흡수 유닛의 내측에 접하는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제12항에 있어서,
상기 제1 감쇠층은 금속재를 포함하는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제12항에 있어서,
상기 제2 감쇠층은 형상 기억 소재를 포함하는, 파이로 충격 저감형 분리구조.
제19항에 있어서,
상기 제2 감쇠층은 상기 제2 감쇠층 내부에서 임피던스의 구배를 갖는, 파이로 충격 저감형 분리구조.