KR101974124B1 - Measurement apparatus and method of propellant grain strain range for solid rocket moter - Google Patents

Measurement apparatus and method of propellant grain strain range for solid rocket moter Download PDF

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박정호
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Abstract

The present invention relates to a measurement apparatus for a propellant grain deformation ratio of a solid rocket propulsion engine and a measurement method thereof, comprising: a measurement sensor (20) installed at an interlayer of a combustion pipe (11) and a propellant grain (15) so as to measure pressure and stress generated by the interlayer of the combustion pipe (11) and the propellant grain (15); a hollow gauge (30) installed at a hollow portion (16) of the propellant grain (15) so as to measure the temperature and the deformation ratio of the propellant grain (15); and a logger receiving information measured by the measurement sensor (20) and the hollow gauge (30) in order to collect and measure data. Therefore, the present invention provides the advantage of directly measuring and analyzing non-adhesiveness of the interlayer of the combustion pipe and the propellant, which is a typical defect caused by aging of a solid rocket propulsion engine, and a crack caused by an excessive deformation of the hollow portion of the propellant grain.

Description

고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치 및 측정방법{MEASUREMENT APPARATUS AND METHOD OF PROPELLANT GRAIN STRAIN RANGE FOR SOLID ROCKET MOTER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for measuring strain rate of a propellant of a solid propellant,

본 발명은 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체 추진기관에서 온도에 따른 추진제 그레인 변형을 직접 측정하기 위한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for measuring the strain rate of propellant grains in a solid propellant, and more particularly to a propellant strain measurement apparatus and method for measuring propellant strain in a solid propellant, .

고체 추진기관은 얇은 복합재 연소관에 '그레인'이라는 추진제를 충전하고, 추진제를 연소시켜 나오는 연소가스로 추진력을 얻는 로켓으로 유도탄, 미사일 등에 적용된다.A solid propellant is a rocket that is filled with a propellant called a "grain" in a thin composite combustion tube, and propelled by a combustion gas generated by burning a propellant. The solid propellant is applied to guided missiles and missiles.

추진제는 추진기관에 추력을 생성하기 위해 연소되어지는 화학적 혼합물로 보통 연료와 산화제로 구성된다. 추진제는 그 형상에 따라 고체, 액체, 가스 또는 하이브리드로 구분된다. A propellant is a chemical mixture that is burned to produce thrust in the propulsion machinery, usually composed of fuel and oxidizer. Propellants are classified into solid, liquid, gas or hybrid depending on their shape.

고체 추진제는 저장이 용이하고 장기간 저장이 가능하며, 액체 추진제에 비해 짧은 준비기간으로 발사할 수 있기 때문에 군용 무기체계에서 필수적으로 요구되는 기만성 및 신속성을 제공할 수 있다. 따라서 군사적인 목적의 임무를 가지는 추진기관들에 고체 추진제가 주로 적용된다.Solid propellants are easy to store and can be stored over a long period of time and can be launched in shorter preparation periods than liquid propellants, thus providing the dexterity and promptness required in military weapon systems. Therefore, solid propellants are mainly applied to propulsion agencies with military mission.

고체 추진제의 형상을 적용한 추진기관을 고체 추진기관이라 지칭한다.The propulsion engine to which the shape of the solid propellant is applied is called the solid propulsion machinery.

도 1에는 일반적인 고체 추진기관을 보인 개략도가 도시되어 있다.Figure 1 shows a schematic view of a typical solid propulsion engine.

도 1에 도시된 바에 의하면, 고체 추진기관(1)은 연소관(3), 추진제(5), 노즐(7), 점화장치(9)를 포함한다. 연소관(3)은 고체 추진기관(1)의 외피를 형성한다. 추진제(5)는 추진제 그레인이라 불리며 연료와 산화제가 혼합된 고체 상태로 이루어져 있다. 1, the solid propellant 1 includes a combustion tube 3, a propellant 5, a nozzle 7, and an ignition device 9. As shown in Fig. The combustion tube (3) forms the shell of the solid propellant (1). The propellant (5) is referred to as propellant grains and is a solid state mixed with fuel and oxidizer.

추진제(5)에서 발생되는 고온 가스는 노즐(7)을 통과하면서 가속되고, 노즐을 통과함으로써 최종적으로 추력을 생성한다. The hot gas generated in the propellant (5) accelerates while passing through the nozzle (7) and finally passes through the nozzle to generate thrust.

일반적인 고체 추진기관은 HTPB(hydroxyterminated polybutadiene) 바인더를 적용한 점탄성 추진제 그레인을 적용한다. 추진제 그레인(5)은 연소관(3) 내면에 접착된 상태로 고정되며 중공부(6)를 갖는다.In a typical solid propellant, a viscoelastic propellant grain is applied using an HTPB (hydroxyterminated polybutadiene) binder. The propellant grain 5 is adhered to the inner surface of the combustion tube 3 and has a hollow portion 6.

고체 추진기관(1)의 추진제 그레인(15)은 시간이 지날수록 경화되는 특성을 가지고 있으며, 구조재료이기 때문에 여러 가지 요인에 의해 균열이 발생될 수 있다.The propellant grains 15 of the solid propellant 1 have the property of curing with time, and because of the structural material, cracks may be generated by various factors.

예를 들어, 추진제 그레인(5)은 저장온도에 따라 수축, 이완되는 과정이 반복적으로 발생되고, 동시에 경화 현상이 진행되면서 추진제 그레인(5)의 중공부(6)의 변형 및 크랙 등의 결함이 발생할 수 있다. For example, the propellant grains (5) are repeatedly shrunk and relaxed according to the storage temperature, and at the same time, the defects such as deformation and cracks of the hollow portion (6) of the propellant grain (5) Lt; / RTI >

특히, 추진제 그레인(5)은 연소관(3)에 고정되어 있어 연소관(3)과 추진제(5)의 계면에서 응력 발생으로 인한 미접착, 추진제 그레인(5)의 중공부(6)의 수축, 팽창으로 인한 크랙 등의 결함이 발생되어 고체 추진기관(1)의 수명을 단축시킨다.Particularly, the propellant grains 5 are fixed to the combustion tube 3 and are not bonded due to stress at the interface between the combustion tube 3 and the propellant 5, the shrinkage and expansion of the hollow portion 6 of the propellant grains 5 The cracks and other defects are generated, thereby shortening the life of the solid propellant.

이와 같은 현상은 고체 추진기관의 수명과 직접적으로 연관되어 있어 추진기관 개발 기간에 추진기관 주요 구성품인 추진제 그레인의 온도에 따른 거동현상을 단기적, 장기적으로 계측할 필요가 있다.This phenomenon is directly related to the life of the solid propellant, and it is necessary to measure the behavior of the propellant grain, which is the main component of the propellant, during the propellant development period in the short and long term.

최근, 유도탄 수명 평가 사업을 통해 추진기관 노화에 따른 결함 탐지를 위해 X-ray 검사를 실시하지만, X-ray 검사기의 용량 및 결함의 크기에 따라 결함을 찾지 못하는 경우가 많다. 또한 고체 추진기관을 직접 해체하여 추진제 시편을 채취한 후 노화 물성을 분석하는데, 그 과정에서 추진제의 발화 또는 폭발 등이 발생할 수 있어 안전을 보장할 수 없다. In recent years, X-ray inspection has been conducted to detect defects due to aging of propulsion engines through the evaluation of the life of the missile. However, X-ray inspection machines often fail to find defects according to the capacity and defect size. In addition, the solid propellant is directly disassembled to collect the propellant specimen, and the aging property is analyzed. In this process, ignition or explosion of the propellant may occur and safety can not be guaranteed.

추진제 물성은 응력, 변형율, 모듈러스로 구분되며 분석된다. 그러나 연소관에 부착된 중공형 또는 스타형 등의 추진제 그레인 형상은 추진제 그레인의 물성을 직접 계측하는데 한계가 있다. 일반적인 변형율 센서를 점탄성 물질의 표면에 부착하기는 매우 어려우며, 본드를 이용하여 부착할 경우 변형율 센서 접착 부위의 추진제 표면 물성이 변하고, 거동이 변하기 때문에 계측된 결과의 신뢰성이 낮아진다.Propellant properties are analyzed by stress, strain and modulus. However, the shape of the propellant grains such as the hollow or star type attached to the combustion tube has a limitation in directly measuring the physical properties of the propellant grains. It is very difficult to attach a general strain sensor to the surface of a viscoelastic material, and when attached using a bond, the reliability of the measured result is lowered because the property of the surface of the propellant at the strain sensor bonding site changes and the behavior changes.

최근에는 연소관 및 추진제 그레인 사이에 압력을 측정할 수 있는 다이아프레임방식의 압력 게이지를 적용하여 응력을 직접 계측하는 기술이 소개되고 있다. 그러나 현재까지 중공부 및 추진제 그레인의 변형율을 직접 측정할 수 있는 게이지는 없는 실정이다.Recently, a technique of directly measuring stress by introducing a diaphragm type pressure gauge capable of measuring pressure between a combustion tube and a propellant grain has been introduced. However, up to now, there is no gauge that can directly measure the deformation of hollow and propellant grains.

특허문헌 1: 한국등록특허 제10-1628659호(2016.06.13 공고)Patent Document 1: Korean Patent No. 10-1628659 (published on Jun. 13, 2013)

본 발명의 목적은 추진제 그레인 중공부의 변형을 직접 계측하고, 점탄성 특성을 가진 추진제 거동에 영향을 끼치지 않는 게이지를 개발하여 추진제 그레인 중공부에 직접 삽입하여 추진제 그레인 중공부의 수축, 팽창에 의한 변형량을 계측하도록 한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것이다. The object of the present invention is to directly measure the deformation of the hollow portion of the propellant grains and to develop a gauge which does not affect the behavior of the viscoelastic propellant and directly insert it into the hollow portion of the propellant grains, And to provide a device for measuring the strain of the propellant of a solid propellant and a measuring method thereof.

또한 본 발명의 목적은 추진제 그레인의 거동은 주로 온도 변화에 의해 나타나기 때문에 계측하는 부위의 온도 및 변형율을 동시에 계측할 수 있는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것이다. It is also an object of the present invention to provide an apparatus and a method for measuring the strain rate of a propellant of a solid propellant which can simultaneously measure the temperature and strain rate of a measurement site because the behavior of the propellant grains is mainly caused by temperature changes.

또한 본 발명의 목적은 고체 추진기관 장기 저장시 온도에 따른 그레인 거동 및 그 물성을 모니터링하기 위해 응력 및 변형율을 직접 측정하고 실시간으로 그 결과를 계측하고 분석하여 추진기관 수명을 평가할 수 있는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a solid propellant engine capable of directly measuring stress and strain and monitoring and measuring the results of the engine in real time in order to monitor the grain behavior and properties of the solid propellant over a long period of time, And a method for measuring the strain rate of the propellant of the propellant.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 연소관과 추진제 그레인의 계면에 설치되어 상기 연소관과 추진제 그레인 계면에서 발생되는 압력과 응력을 측정하는 측정 센서와 상기 추진제 그레인의 중공부에 설치되어 상기 추진제 그레인의 온도와 변형율을 측정하는 중공 게이지와 상기 측정 센서 및 상기 중공 게이지가 측정한 정보를 받아 데이터를 수집 및 계측하는 로거를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a measurement sensor installed at an interface between a combustion tube and a propellant grain to measure pressure and stress generated at an interface between the combustion tube and a propellant, A hollow gauge installed in the hollow portion to measure the temperature and strain rate of the propellant grains, and a logger that receives and collects data measured by the measurement sensor and the hollow gauge.

상기 측정 센서는 DBST(Dual Bond Stress and Temperature) 센서일 수 있다.The measurement sensor may be a dual bond stress and temperature (DBST) sensor.

상기 중공 게이지는 상기 추진제 그레인 지지커버에 일부가 고정 부착되고 상기 추진제 그레인과 이격되어 휘어질 수 있도록 상기 중공부에 배치되는 탄성부재와, 상기 탄성부재의 일단에 구비되며 상기 추진제 그레인과 접촉되어 온도를 측정하는 열전대와, 상기 탄성부재에 부착되어 상기 추진제 그레인의 변형에 의해 상기 탄성부재에 발생된 응력에 따른 탄성부재의 변형율을 측정하는 변형율 센서를 포함할 수 있다.Wherein the hollow gauge is provided at one end of the elastic member and is disposed at one end of the hollow member to be bent and spaced apart from the propellant grains, And a strain sensor attached to the elastic member and measuring a strain rate of the elastic member according to a stress generated in the elastic member by deformation of the propellant grain.

상기 탄성부재는 SUS 계열의 판스프링 형태인 스프링바일 수 있다.The elastic member may be a spring bar in the form of a SUS-type plate spring.

상기 변형율 센서는 스트레인 게이지 센서 또는 압전체를 이용한 압전 센서일 수 있다.The strain rate sensor may be a strain gauge sensor or a piezoelectric sensor using a piezoelectric body.

상기 변형율 센서는 상기 탄성부재의 응력이 집중되는 부위에 부착될 수 있다.The strain sensor may be attached to a portion where the stress of the elastic member is concentrated.

상기 탄성부재는 일단에 수직홀이 형성된 접속부가 부착되며, 상기 열전대는 상기 접속부의 수직홀에 삽입되어 +와 -의 접합부가 상기 접속부의 선단에 위치되게 부착될 수 있다.The elastic member is provided with a connecting portion formed with a vertical hole at one end thereof, and the thermocouple may be inserted into the vertical hole of the connecting portion so that the connecting portion of + and - is attached to the tip of the connecting portion.

상기 접속부는 상기 추진제 그레인과 점 접촉하도록 선단이 둥근 형상으로 될 수 있다.The connection portion may have a rounded tip at the point of point contact with the propellant grain.

상기 중공 게이지를 상기 추진제 그레인 지지커버에 고정 부착하기 위한 고정수단을 포함할 수 있다.And fixing means for securing the hollow gauge to the propellant grained support cover.

상기 고정수단은 상기 탄성부재의 타단에 구비되며 고정홀이 형성된 고정판과, 상기 고정판이 상기 추진제 그레인 지지커버에 밀착된 상태에서 상기 고정판의 고정홀과 상기 추진제 그레인 지지커버를 관통하여 체결되는 고정볼트와, 상기 고정판의 고정홀, 상기 추진제 그레인 지지커버를 관통한 고정볼트의 단부에 체결되는 고정너트를 포함할 수 있다.Wherein the fixing means includes a fixing plate provided at the other end of the elastic member and having a fixing hole formed thereon, and a fixing bolt, which is inserted through the fixing hole of the fixing plate and the propellant-grain supporting cover in a state in which the fixing plate is in close contact with the propellant- And a fixing nut fastened to an end of a fixing bolt passing through the fixing hole of the fixing plate and the cover of the propellant grains.

연소관에 홀을 형성하고 상기 홀에 측정 센서를 설치하는 단계와 상기 연소관에 중공형 치구를 거치한 후 추진제를 충전하여 중공부를 갖는 추진제 그레인을 성형하는 단계와 상기 연소관에서 중공형 치구를 제거한 후 상기 추진제 그레인의 중공부에 상기 추진제 그레인의 온도와 변형율을 측정할 수 있는 중공 게이지를 설치하는 단계와 상기 연소관의 측정 센서에 로거를 접촉하여 상기 측정 센서 및 상기 중공 게이지가 측정한 정보를 받아 데이터를 수집 및 계측하는 단계를 포함할 수 있다.Forming a hole in a combustion tube and installing a measurement sensor in the hole, forming a hollow jig having a hollow portion by filling a propellant after the hollow jig is mounted on the combustion tube, removing the hollow jig from the combustion tube, Providing a hollow gauge capable of measuring the temperature and deformation rate of the propellant grains in a hollow portion of the propellant grain; receiving data measured by the measurement sensor and the hollow gauge in contact with the measurement sensor of the combustion tube, And collecting and measuring the same.

상기 측정 센서는 DBST(Dual Bond Stress and Temperature) 센서를 적용할 수 있다.The measurement sensor may be a dual bond stress and temperature (DBST) sensor.

상기 중공 게이지는 상기 추진제 그레인 지지커버에 일부가 고정 부착되고 상기 추진제 그레인과 이격되어 휘어질 수 있도록 상기 중공부에 탄성부재를 삽입 배치하되, 상기 탄성부재의 일단에 열전대를 구비하고 상기 열전대가 상기 추진제 그레인과 접촉되어 상기 추진제 그레인의 온도를 측정할 수 있도록 하며, 상기 탄성부재에 변형율 센서를 부착하고 상기 변형율 센서가 상기 추진제 그레인의 변형에 의해 상기 탄성부재에 발생된 응력에 따른 탄성부재의 변형율을 측정하도록 할 수 있다.Wherein the hollow gauge has an elastic member inserted in the hollow portion so that the hollow gauge is partially fixed to the propellant graining cover and is bent away from the propellant grains and has a thermocouple at one end of the elastic member, Wherein the strain sensor is attached to the elastic member so that the deformation rate sensor detects the strain rate of the elastic member according to the stress generated in the elastic member by the deformation of the propellant grain, Can be measured.

상기 변형율 센서는 상기 탄성부재의 응력이 집중되는 부위에 부착할 수 있다.The deformation rate sensor may be attached to a portion where the stress of the elastic member is concentrated.

상기 열전대는 상기 탄성부재의 일단에 부착되는 접속부에 수직홀을 가공하고, 상기 수직홀에 열전대를 삽입 부착하여 상기 탄성부재의 일단에 구비되게 할 수 있다.The thermocouple can be provided at one end of the elastic member by machining a vertical hole in a connecting portion attached to one end of the elastic member and inserting a thermocouple into the vertical hole.

상기 접속부는 선단을 둥근 형상으로 형성하여 상기 열전대가 추진제 그레인과 점 접촉하도록 할 수 있다.The connection portion may have a rounded tip so that the thermocouple is in point contact with the propellant grain.

상기 중공 게이지는 고정홀이 형성된 고정판을 상기 탄성부재의 타단에 구비하여 상기 고정판이 상기 추진제 그레인 지지커버에 밀착되게 한 상태에서, 상기 고정판의 고정홀과 상기 추진제 그레인 지지커버를 관통하게 상기 중공부에서 외측으로 고정볼트를 관통시켜 상기 고정볼트의 단부가 상기 추진제 그레인 지지커버의 외측으로 노출되게 한 후, 상기 고정볼트의 단부에 고정너트를 체결하여 상기 고정판이 상기 추진제 그레인 지지커버에 고정되게 할 수 있다.Wherein the hollow gauge has a fixing plate having a fixing hole formed at the other end of the elastic member so that the fixing plate is in close contact with the propellant graining cover, So that the end of the fixing bolt is exposed to the outside of the propellant-grain supporting cover, and then a fixing nut is fastened to the end of the fixing bolt to fix the fixing plate to the propellant-grained supporting cover .

추진제 그레인의 온도에 따른 거동현상을 계측하기 위해 시험평가 대상 제품으로 제작되는 고체 추진기관에 적용될 수 있다.It can be applied to a solid propulsion engine manufactured as a product to be tested for measuring the behavior of propellant grains under temperature.

상기 탄성부재는 스프링 효과를 가지는 0.1~0.2T의 SUS 계열 스프링바를 적용할 수 있다.The elastic member may be a SUS spring bar having a spring effect of 0.1 to 0.2T.

고체 추진기관의 제작시 연소관에 상기 연소관과 추진제 그레인 계면에서 발생되는 압력과 응력을 측정할 수 있는 측정 센서를 매립 설치하고, A measurement sensor capable of measuring the pressure and stress generated at the interface between the combustion tube and the propellant grains is buried in the combustion tube when the solid propellant is manufactured,

상기 연소관에 충진되는 추진제 그레인의 중공부에 상기 추진제 그레인의 온도 및 변형율을 측정할 수 있는 열전대 및 변형율 센서를 설치하여, 상기 고체 추진기관에 상기 측정 센서, 상기 열전대 및 상기 변형율 센서가 포함되게 할 수 있으며, 로거를 연소관의 측정 센서에 근접시키거나 접촉하여 상기 측정 센서, 상기 열전대 및 상기 변형율 센서가 측정한 정보를 받아 데이터를 수집 및 계측하게 할 수 있다.A thermocouple and a strain sensor capable of measuring a temperature and a strain rate of the propellant grains are installed in the hollow portion of the propellant grains filled in the combustion tube so as to include the measurement sensor, the thermocouple, and the strain rate sensor in the solid propellant And may cause the logger to approach or contact the measurement sensor of the combustion tube to collect and measure data by receiving information measured by the measurement sensor, the thermocouple, and the strain rate sensor.

본 발명은 연소관의 홀에 연소관과 추진제 그레인 계면에서 발생되는 압력과 응력을 측정하는 측정 센서를 설치하고, 추진제 그레인의 중공부에 추진제 그레인의 온도와 변형율을 측정할 수 있도록 열전대 및 변형율 센서를 갖는 중공 게이지를 설치하여, 측정 센서 및 중공 게이지가 측정한 정보를 로거(Loggor)가 실시간으로 받아 데이터를 수집 및 계측할 수 있도록 한다.The present invention relates to a method for measuring the propellant grains, comprising the steps of providing a measurement sensor for measuring pressure and stress generated at the interface between the combustion tube and the propellant grains in the hole of the combustion tube and having a thermocouple and a strain sensor A hollow gauge is installed to enable the logger to receive the measured information from the measurement sensor and the hollow gauge in real time so that data can be collected and measured.

따라서, 본 발명은 추진기관 그레인의 노화 및 온도에 따른 응력 및 변형율을 직접 계측하고, 그 노화 특성을 모니터링할 수 있으며, 실제 계측된 추진제 그레인의 노화 특성을 계측한 데이터로 고체 추진기관의 수명을 실시간으로 평가할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention can directly measure the stress and strain according to the aging and temperature of the propulsion engine grain, monitor the aging characteristics thereof, and measure the aging characteristics of the actually measured propellant grains, There is an effect that can be evaluated in real time.

또한, 본 발명의 중공 게이지는 탄성부재에 변형율 센서를 적용하고 열전대가 추진제 그레인의 중공부 표면과 점 접촉방식으로 접촉점을 이루도록 설치하여 추진제 그레인의 온도 및 변형율을 동시에 측정하도록 한다. In addition, the hollow gauge of the present invention is configured to apply a deformation rate sensor to an elastic member and provide a point of contact between the thermocouple and the surface of the hollow portion of the propellant grains in a point contact manner so that the temperature and deformation rate of the propellant grain can be measured simultaneously.

따라서, 본 발명은 고체 추진기관 노화에 의한 대표적인 결함인 연소관 및 추진제 계면의 미접착, 추진제 그레인의 중공부의 과대 변형에 의한 크랙 등을 직접적으로 분석할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the present invention has the effect of directly analyzing the non-adhesion of the combustion tube and the propellant interface, which are typical defects due to aging of the solid propellant, and the crack due to excessive deformation of the hollow portion of the propellant grain.

도 1은 일반적인 고체 추진기관을 보인 개략도.
도 2는 본 발명에 의한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치를 고체 추진기관에 설치한 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치를 보인 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치를 보인 평면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic view of a typical solid propulsion engine.
2 is a cross-sectional view of a solid propellant engine in which a device for measuring a propellant grain strain of a solid propellant according to the present invention is installed.
3 is a sectional view showing an apparatus for measuring the strain rate of a propellant of a solid propellant according to the present invention.
4 is a plan view showing a propellant grain deformation rate measuring apparatus of a solid propellant according to the present invention.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치는, 추진제 그레인의 중공부의 변형율을 직접적으로 측정할 수 있는 중공 게이지를 개발하여 온도에 따른 추진제 그레인의 변형율을 측정하고, 추진제 물성 노화도를 분석하도록 한다.The apparatus for measuring the strain rate of propellant grains of a solid propellant engine of the present invention is a hollow gauge capable of directly measuring the deformation rate of a hollow portion of a propellant grain to measure deformation rate of propellant grains with temperature and analyze aging degree of the propellant .

도 2에는 본 발명에 의한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치를 고체 추진기관에 설치한 단면도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 의한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치를 보인 단면도가 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명에 의한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치를 보인 평면도가 도시되어 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a solid propellant of a solid propellant engine according to the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of an apparatus for measuring propellant strain of the propellant of a solid propellant engine according to the present invention. And FIG. 4 is a plan view showing a propellant grain strain measuring apparatus of a solid propellant according to the present invention.

도 2에 도시된 바에 의하면, 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치는 연소관(11)과 추진제 그레인(15)의 계면에 설치되어 연소관(11)과 추진제 그레인(15)의 계면에서 발생되는 압력과 응력을 측정하는 측정 센서(20)와 추진제 그레인(15)의 중공부(16)에 설치되어 추진제 그레인(15)의 온도와 변형율을 측정하는 중공 게이지(30)를 포함한다. 2, the propellant grain deformation rate measuring apparatus of the solid propellant engine is installed at the interface between the combustion tube 11 and the propellant grains 15 and detects the pressure generated at the interface between the combustion tube 11 and the propellant grains 15 And a hollow gauge 30 installed in the hollow portion 16 of the propellant grains 15 for measuring the temperature and strain of the propellant grains 15. The hollow gauge 30 has a diameter of about 20 mm.

도시하지 않았지만 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치는 측정 센서(20) 및 중공 게이지(30)가 측정한 정보를 받아 데이터를 수집 및 계측하는 로거(Logger)를 더 포함한다.Although not shown, the propellant grain deformation rate measuring apparatus of a solid propellant engine further includes a logger for receiving and measuring data measured by the measuring sensor 20 and the hollow gauge 30.

로거는 데이터 수집 및 계측 시스템으로 이루어질 수 있으며, 데이터 수집 및 계측 시스템은 증폭기와 연결되어 측정 센서, 변형율 센서 및 열전대로부터 발생되는 측정 신호를 획득하고 이를 저장할 수 있다.The logger can be a data acquisition and measurement system, and the data acquisition and measurement system can be connected to the amplifier to acquire and store the measurement signals generated from the measurement sensor, the strain rate sensor and the thermocouple.

도 2 및 3에 도시된 바에 의하면, 측정 센서(20)는 연소관(11)과 추진제 그레인(15)의 계면에 위치되게 연소관(11)에 형성한 홀(13)에 설치된다. 2 and 3, the measurement sensor 20 is installed in the hole 13 formed in the combustion tube 11 so as to be positioned at the interface between the combustion tube 11 and the propellant grains 15.

측정 센서(20)는 DBST(Dual Bond Stress and Temperature) 센서를 적용한다. DBST 센서는 추진제 그레인(15)의 응력을 직접 측정하기 위해 기개발된 센서이다.The measurement sensor 20 applies a DBST (Dual Bond Stress and Temperature) sensor. The DBST sensor is a sensor developed to measure the stress of the propellant grain 15 directly.

다른 방안으로 측정 센서(20)는 반도체형 스트레인 게이지 센서를 적용할 수 있다. 반도체형 스트레인 게이지 센서는 반도체 단결정에 힘이 가해졌을 때 피에조 효과에 의해 비저항이 변화하는 것을 이용한 고감도 스트레인 게이지이다.Alternatively, the measurement sensor 20 may employ a semiconductor type strain gauge sensor. A semiconductor strain gauge sensor is a highly sensitive strain gauge that uses resistivity changes due to piezo effects when a semiconductor single crystal is subjected to a force.

측정 센서(20)는 연소관(11) 및 추진제(5) 계면에서 발생되는 압력 및 응력을 계측한다.The measurement sensor 20 measures the pressure and stress generated at the interface between the combustion tube 11 and the propellant 5.

중공 게이지(30)는 추진제 그레인(15)의 중공부(16)에 직접 삽입하여 추진제 그레인의 변형율을 측정한다.The hollow gauge 30 is inserted directly into the hollow portion 16 of the propellant grain 15 to measure the deformation rate of the propellant grains.

중공 게이지(30)는 탄성부재(31), 열전대(37), 변형율 센서(33), 고정수단을 포함하는 구조로 된다.The hollow gauge 30 has a structure including an elastic member 31, a thermocouple 37, a strain sensor 33, and fixing means.

탄성부재(31)는 추진제 그레인 지지커버(17)에 일부가 고정 부착되고 추진제 그레인(15)과 이격되어 휘어질 수 있도록 중공부(16)에 배치된다. The elastic member 31 is disposed in the hollow portion 16 so that a part of the elastic member 31 is fixedly attached to the propellant graining cover 17 and is bent away from the propellant grains 15.

중공 게이지(30)는 추진제 그레인(15)의 중공부(16)에 삽입될 때 탄성부재(31)가 어느 정도 휘어진 상태로 삽입해야 한다. 탄성부재(31)가 추진제 그레인(15) 표면에 대해 수평상태로 삽입되면 저온에서 추진제 그레인(15)이 연소관 방향으로 수축시 접속부 선단이 추진제 그레인(15)에 접촉된 상태가 떨어지게 되고 추진제 그레인(15)의 온도 측정이 어려워지게 된다.The hollow gauge 30 should be inserted with a certain degree of flexion of the resilient member 31 when inserted into the hollow portion 16 of the propellant grain 15. When the elastic member 31 is inserted horizontally with respect to the surface of the propellant grain 15, when the propellant grains 15 contract in the direction of the combustion tube at a low temperature, the tip of the connecting portion is in contact with the propellant grains 15, 15) becomes difficult to measure.

도 3 및 도 4에 도시된 바에 의하면, 탄성부재(31)는 SUS 계열의 판스프링 형태인 스프링바로 된다. SUS 계열의 판스프링을 적용하는 것은 탄성부재(31)가 추진제 그레인(15)에 화학적 영향이 없도록 한다.3 and 4, the elastic member 31 is spring-bar-shaped in the form of a SUS-type plate spring. Application of the SUS series leaf spring ensures that the elastic member 31 does not chemically influence the propellant grain 15. [

중공부(16)에 삽입 설치되는 중공 게이지(30)가 추진제 그레인(15)을 심하게 누르지 않도록 탄성부재(31)는 탄성이 약한 얇은 SUS 계열의 판스프링 형태의 스프링바를 적용하여 추진제 그레인(15)에 물리적 영향이 없도록 한다.The elastic member 31 is made of a thin SUS-type leaf spring-shaped spring bar which is weak in elasticity so that the hollow gauge 30 inserted into the hollow portion 16 does not press the propellant grain 15 very much, So as not to have any physical influence on them.

예를 들어, 탄성부재(31)는 스프링 효과를 가지는 0.1~0.2T의 SUS 계열 스프링바를 적용한다. For example, the elastic member 31 applies a SUS spring bar of 0.1 to 0.2 T having a spring effect.

탄성부재(31)의 탄성이 강하면 후술할 접속부(35)가 추진제 그레인(15)을 강하게 누르게 되어 점탄성을 가지는 추진제 그레인(15)의 변형율을 정확하게 측정하기 어렵다.It is difficult to accurately measure the strain of the propellant grains 15 having viscoelasticity because the connecting portion 35 to be described later presses the propellant grains 15 strongly when the elasticity of the elastic member 31 is strong.

탄성부재(31)는 그 일단에 접속부(35)를 구비하고 있으며, 이 접속부(35)에 열전대(37)가 고정된다. 접속부는 대략 반구 형상으로 형성된다.The elastic member 31 has a connecting portion 35 at one end thereof, and the thermocouple 37 is fixed to the connecting portion 35. The connection portion is formed in a substantially hemispherical shape.

접속부(35)는 열전대(37)를 부착하기 위한 수직홀(36)이 가공 형성된다. The connection portion 35 is formed with a vertical hole 36 for attaching the thermocouple 37 thereto.

접속부(35)의 선단이 추진제 그레인(15)과 접촉되는 접촉점이 되므로 열전대(37)가 추진제 그레인(15)의 온도를 측정할 수 있도록 수직홀(36)은 접속부(35)의 선단까지 닿을 최대한의 깊이로 가공 형성한다. The vertical hole 36 is located at a position where the distal end of the connection portion 35 contacts the propellant grains 15 so that the thermocouple 37 can measure the temperature of the propellant grains 15 As shown in FIG.

접속부(35)는 수직홀(36)을 가공하고 수직홀(36)에 열전대(37)를 삽입 부착한 후 탄성부재(31)에 용접에 의해 고정된다. The connecting portion 35 is fixed to the elastic member 31 by welding after machining the vertical hole 36 and inserting the thermocouple 37 into the vertical hole 36.

접속부(35)는 추진제 그레인(15)과 점 접촉하도록 선단이 둥근 형상으로 된다. The connection portion 35 is rounded at the tip so as to be in point contact with the propellant grains 15.

추진제 그레인(15)의 중공부(16)는 단면이 원형으로 되므로 접속부(35)의 선단도 둥근 형상으로 하여 추진제 그레인(15)과 접속부(35) 선단이 점 접촉하여 점촉점을 이룰 수 있도록 한다. Since the hollow portion 16 of the propellant grains 15 is circular in cross section, the distal end of the connecting portion 35 is also rounded so that the tip of the connecting portion 35 and the tip of the connecting portion 35 make point contact .

점탄성 추진제 그레인 거동의 주요 원인인 온도를 측정할 수 있도록 접촉점에 열전대(37)를 아크 용접에 의해 부착할 수 있다. The thermocouple 37 can be attached to the contact point by arc welding so that the temperature, which is the main cause of the viscoelastic propellant grain behavior, can be measured.

구체적으로, 열전대(37)는 접속부(35)의 수직홀(36)에 삽입되어 +와 -의 접합부가 접속부의 선단에 위치되게 아크 용접에 의해 부착 고정할 수 있다. 열전대(37)는 접속부(35) 선단을 통해 추진제 그레인(15)과 접촉되고 추진제 그레인(15)의 온도를 측정할 수 있다.Specifically, the thermocouple 37 is inserted into the vertical hole 36 of the connecting portion 35 and can be fixed by arc welding so that the + and - junctions are positioned at the ends of the connecting portion. The thermocouple 37 may contact the propellant grain 15 through the tip of the connection 35 and measure the temperature of the propellant grains 15.

즉, 열전대(37)는 +와 -로 이루어지는 두 금속가닥이 접속부(35)의 수직홀(36)에 삽입되고 선단은 접속부(35)의 둥근 선단에 아크 용접에 의해 부착되는 선단접촉용으로 제작될 수 있다.That is, the thermocouple 37 is fabricated for tip contact in which two metal strands made of + and - are inserted into the vertical hole 36 of the connecting portion 35 and the tip end is attached to the rounded end of the connecting portion 35 by arc welding .

열전대(37)의 구동원리는 두 금속가닥이 접합된 선단에 열이 가해지면 반대편 양 끝단에서 온도에 따라 열기전력이 발생하고 이 열기전력의 크기로 추진제 그레인의 온도를 측정하게 된다.When the heat is applied to the tip of the thermocouple 37, the thermoelectric power is generated at both ends of the opposite side of the thermocouple 37, and the temperature of the propellant grain is measured by the magnitude of the thermoelectric power.

열전대는 두 금속가닥으로 백금을 사용할 수 있다. 백금은 안정성이 좋고 열전도 오차도 작은 이점이 있다.Thermocouples can use platinum as two metal strands. Platinum has good stability and small thermal conduction error.

탄성부재(31)에 변형율 센서(33)가 부착된다. A strain sensor (33) is attached to the elastic member (31).

변형율 센서(33)는 추진제 그레인(15)의 변형(수축, 팽창)에 의해 탄성부재(31)에 발생된 응력에 따른 탄성부재(31)의 변형율을 측정한다. The deformation rate sensor 33 measures the deformation rate of the elastic member 31 according to the stress generated in the elastic member 31 by the deformation (contraction and expansion) of the propellant grain 15. [

변형율 센서(33)는 탄성부재(31)의 응력이 집중되는 부위에 부착될 수 있다. 탄성부재(31)에서 응력이 집중되는 부위에 변형율 센서가 부착되면 추진제 그레인(15)의 변형율 계측이 보다 용이하다.The deformation rate sensor 33 can be attached to a portion where the stress of the elastic member 31 is concentrated. The deformation rate of the propellant grains 15 is more easily measured when the deformation rate sensor is attached to the portion where the stress is concentrated in the elastic member 31.

변형율 센서(33)는 스트레인 게이지 센서일 수 있다.The strain rate sensor 33 may be a strain gage sensor.

스트레인 게이지 센서는 일정한 폭 및 길이로 구부려진 금속선과 이 금속선에 부착된 코팅제로 이루어진다. A strain gauge sensor consists of a metal wire bent to a certain width and length and a coating attached to the metal wire.

스트레인 게이지 센서의 구동원리는 탄성부재(31)가 추진제 그레인(15)의 변형에 의해 휘어지면 탄성부재(31)에 부착된 스트레인 게이지 센서의 금속선이 탄성부재(31)와 함께 응력을 받아 금속선의 길이가 증가하게 되고, 이에 따라 금속선의 저항이 변하게 되는데, 스트레인 게이지 센서는 이러한 금속선의 저항 변화로부터 탄성부재(31)에 작용하는 응력에 따른 변형율을 감지하여 탄성부재(31)의 변형율을 나타내는 측정 신호를 발생시킨다.The driving principle of the strain gage sensor is such that when the elastic member 31 is bent by the deformation of the propellant grain 15, the metal line of the strain gauge sensor attached to the elastic member 31 is stressed together with the elastic member 31, The strain gauge sensor detects the deformation rate of the elastic member 31 according to the stress acting on the elastic member 31 from the change in resistance of the metal wire, Signal.

그러나 다른 방안으로 압전체, 세라믹 등을 이용한 압전 센서를 사용하여 탄성부재의 변형율을 감지할 수도 있다. However, it is also possible to detect the strain of the elastic member by using a piezoelectric sensor using a piezoelectric body, a ceramic, or the like as another method.

중공 게이지(30)는 고정수단에 의해 추진제 그레인 지지커버(17)에 고정 부착된다.The hollow gauge 30 is fixedly attached to the propellant grained support cover 17 by fastening means.

고정수단은 고정판(38), 고정볼트(41), 고정너트(42)를 포함할 수 있다.The fixing means may include a fixing plate 38, a fixing bolt 41, and a fixing nut 42.

고정판(38)은 탄성부재(31)의 타단에 용접에 의해 고정되며 고정홀(39)이 형성된다. 고정판(38)은 탄성부재(31)와 직교하는 판 형상으로 형성되며 탄성부재(31)를 기준으로 상부측과 하부측에 하나씩 2개의 고정홀(39)이 형성된다.The fixing plate 38 is fixed to the other end of the elastic member 31 by welding, and a fixing hole 39 is formed. The fixing plate 38 is formed in a plate shape orthogonal to the elastic member 31 and two fixing holes 39 are formed on the upper side and the lower side with respect to the elastic member 31.

중공 게이지(30)는 고정판(38)이 추진제 그레인 지지커버(17)에 밀착된 상태에서 고정볼트(41)가 고정판(38)의 고정홀(39)과 추진제 그레인 지지커버(17)를 관통하도록 하고, 고정판(38)의 고정홀(39)과 추진제 그레인 지지커버(17)를 관통한 고정볼트(41)의 단부에 고정너트(42)를 체결하는 것에서 중공부(16)에 삽입된 상태가 고정될 수 있다.The hollow gauge 30 allows the fixing bolt 41 to pass through the fixing hole 39 of the fixing plate 38 and the propellant graining support cover 17 in a state in which the fixing plate 38 is in close contact with the propellant- And the fixing nut 42 is fastened to the end of the fixing bolt 41 penetrating the fixing hole 39 of the fixing plate 38 and the propellant graining support cover 17, Can be fixed.

상술한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치는 측정 센서(20)와 중공 게이지(30)를 동시에 적용하여 추진제 그레인(15)의 응력 및 변형율을 직접 계측하여 노화되고 있는 추진제 그레인의 수명을 평가할 수 있다.The apparatus for measuring the propellant grain strain of the solid propellant engine described above can simultaneously measure the stress and strain of the propellant grains 15 by applying the measurement sensor 20 and the hollow gauge 30 simultaneously to evaluate the life of the aging propellant grains have.

상술한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치를 적용한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법에 대해 설명하기로 한다A description will be made of a method of measuring the propylene grain strain rate of a solid propellant engine to which the apparatus for measuring the strain rate of a propellant of a solid propellant is applied

고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법은, 연소관에 홀(13)을 형성하고 홀(13)에 측정 센서를 설치하는 단계와, 연소관(11)에 중공형 치구를 거치한 후 추진제(5)를 충전하여 중공부(16)를 갖는 추진제 그레인(15)을 성형하는 단계와, 연소관(11)에서 중공형 치구를 제거한 후 추진제 그레인(15)의 중공부(16)에 추진제 그레인(15)의 온도와 변형율을 측정할 수 있는 중공 게이지(30)를 설치하는 단계와, 연소관(11)의 측정 센서(20)에 로거를 접촉하여 측정 센서(20) 및 중공 게이지(30)가 측정한 정보를 받아 데이터를 수집 및 계측하는 단계를 포함할 수 있다.A method for measuring the propane grain strain rate of a solid propellant engine includes the steps of forming a hole (13) in a combustion tube and installing a measurement sensor in the hole (13), and injecting a propellant (5) into the combustion tube Molding the propellant grain 15 with the hollow portion 16 by filling the hollow portion 16 of the propellant grains 15 after removing the hollow jig from the combustion tube 11; And a hollow gauge 30 capable of measuring a deformation rate of the hollow pipe 20 and a hollow gauge 30 capable of measuring a strain rate, And collecting and measuring data.

연소관(11)은 얇은 복합재로 제작된 중공 원통 형상의 관이다.The combustion tube 11 is a hollow cylindrical tube made of a thin composite material.

추진제 그레인(15)은 연소관(11)에 중공형 치구를 거치한 후 진공으로 추진제(5)를 충전 및 경화시키는 공정을 통해 제작될 수 있다. 제작된 추진제 그레인(15)의 중공부(16)에 중공 게이지(30)를 도 2에 도시된 바와 같이 설치한다.The propellant grains 15 may be manufactured through a process of filling a hollow jig in a combustion tube 11 and then filling and curing the propellant 5 with a vacuum. The hollow gauge 30 is installed in the hollow portion 16 of the manufactured propellant grain 15 as shown in Fig.

추진제 그레인(15)은 조성에 차이는 있지만 예를 들어, HTPB 바인더 8.6wt%, Al(알루미늄) 17.5wt%, AP(과염소산암모늄)계열 산화제 70wt%, 나머지 결합재가 혼합된 추진제이며, 열전도도가 0.39W/m.K이다. Propellant grain 15 is a propellant mixed with 8.6 wt% of HTPB binder, 17.5 wt% of Al (aluminum), 70 wt% of AP (ammonium perchlorate) 0.39 W / mK.

추진제 그레인(15)은 고무와 같은 점탄성을 가진다. The propellant grain 15 has viscoelastic properties such as rubber.

추진제 그레인(15)의 열전도도에 의해 대기온도의 변화가 있을 경우 연소관(11) 부위의 추진제 그레인(15)과 중공부(16)의 추진제 그레인(15)의 온도 편차가 발생되기 때문에 연소관(11) 부위의 온도는 측정 센서(DBST 센서)(20)가 측정하고, 중공부(16)에 대응되는 추진제 그레인(15)의 온도는 중공 게이지(30)에서 열전대(37)가 측정한다.The temperature difference between the propellant grains 15 at the combustion tube 11 portion and the propellant grains 15 at the hollow portion 16 is generated when the atmospheric temperature changes due to the thermal conductivity of the propellant grains 15, And the temperature of the propellant grain 15 corresponding to the hollow portion 16 is measured by the thermocouple 37 in the hollow gauge 30. The temperature of the portion of the hollow portion 16 is measured by the measurement sensor (DBST sensor)

중공 게이지(30)는 스프링 효과를 가지는 0.1~0.2T의 SUS 계열 스프링바 형상인 탄성부재(31)와 탄성부재(31)를 고정할 수 있는 고정판(38), 열전대(37)를 부착하고 추진제 그레인(15)의 중공부(16) 표면과 접촉할 수 있는 접속부(35)로 구성한다.The hollow gauge 30 has an elastic member 31 in the form of a SUS spring bar having a spring effect of 0.1 to 0.2 T, a fixing plate 38 for fixing the elastic member 31 and a thermocouple 37, And a connection portion 35 capable of making contact with the surface of the hollow portion 16 of the grain 15.

중공 게이지(30)는 추진제 그레인 지지커버(17)에 일부가 고정 부착되고 추진제 그레인(15)과 이격되어 휘어질 수 있도록 중공부(16)에 탄성부재(31)를 삽입 배치하되, 탄성부재(31)의 일단에 열전대(37)를 구비하고 열전대(37)가 추진제 그레인(15)과 접촉되어 추진제 그레인(15)의 온도를 측정할 수 있도록 한다.The hollow gauge 30 is inserted into the hollow portion 16 so that the hollow gauge 30 is partly fixed to the propellant grain supporting cover 17 and can be bent away from the propellant grains 15 by inserting the elastic member 31, 31 is provided with a thermocouple 37 and a thermocouple 37 is contacted with the propellant grains 15 to measure the temperature of the propellant grains 15.

열전대(37)는 탄성부재(31)의 일단에 부착되는 접속부(35)에 수직홀(36)을 가공하고, 수직홀(36)에 열전대(37)를 삽입 용접에 의해 부착한다.The thermocouple 37 processes the vertical hole 36 in the connecting portion 35 attached to one end of the elastic member 31 and attaches the thermocouple 37 to the vertical hole 36 by insertion welding.

접속부(35)는 선단을 둥근 형상으로 형성하여 열전대(37)가 추진제 그레인(15)과 점 접촉하여 접촉점을 이루도록 한다.The tip of the connection part 35 is rounded so that the thermocouple 37 makes point contact with the propellant grains 15 to form a contact point.

또한, 중공 게이지(30)는 탄성부재(31)에 변형율 센서(33)를 부착하여 변형율 센서(33)가 추진제 그레인(15)의 변형에 의해 탄성부재(31)에 발생된 응력에 따른 탄성부재(31)의 변형율을 측정하도록 한다.The hollow gauge 30 is provided with a strain sensor 33 attached to the elastic member 31 so that the strain sensor 33 detects the elastic member 31 according to the stress generated in the elastic member 31 by the deformation of the propellant grain 15. [ So that the strain rate of the strain gage 31 is measured.

변형율 센서(33)는 탄성부재(31)의 응력이 집중되는 부위에 부착한다.The deformation rate sensor 33 is attached to a portion where the stress of the elastic member 31 is concentrated.

중공 게이지(30)는 고정홀(39)이 형성된 고정판(38)을 탄성부재(31)의 타단에 구비하여 고정판(38)이 추진제 그레인 지지커버(17)에 밀착되게 한 상태에서, 고정판(38)의 고정홀(39)과 추진제 그레인 지지커버(17)를 관통하게 중공부(16)에서 외측으로 고정볼트(41)를 관통시켜 고정볼트(41)의 단부가 추진제 그레인 지지커버(17)의 외측으로 노출되게 한 후, 고정볼트(41)의 단부에 고정너트(42)를 체결하여 고정판(38)이 추진제 그레인 지지커버(17)에 고정되게 할 수 있다.The hollow gauge 30 is provided with a fixing plate 38 having a fixing hole 39 formed at the other end of the elastic member 31 so that the fixing plate 38 is brought into close contact with the propellant- The fixing bolt 41 is passed through the fixing hole 39 and the propellant graining support cover 17 so as to extend outward from the hollow portion 16 so that the end portion of the fixing bolt 41 is pressed against the inner surface of the propellant- The fastening nut 42 may be fastened to the end of the fastening bolt 41 so that the fastening plate 38 is fixed to the propellant graining cover 17.

다른 방법으로, 중공 게이지(30)는 중공부(16)에 삽입되어 열전대(37)가 추진제 그레인(15)과 점 접촉하도록 하는 위치에 대응되게 고정판(38)을 추진제 그레인 지지커버(17)에 고정볼트(41)와 고정너트(42)로 고정한 상태로 중공부(16)에 삽입되고, 다음으로 중공 게이지(30)가 고정된 추진제 그레인 지지커버(17)를 연소관(11)에 고정할 수 있다. Alternatively, the hollow gauge 30 may be inserted into the hollow portion 16 so that the fixture plate 38 is supported on the propellant grain support cover 17 in a manner corresponding to the position where the thermocouple 37 is in point contact with the propellant grain 15 The propellant graining cover 17 is inserted into the hollow portion 16 while being fixed by the fixing bolt 41 and the fixing nut 42 and then the propellant graining cover 17 to which the hollow gauge 30 is fixed can be fixed to the combustion tube 11 have.

이때, 열전대(37)가 고정된 접속부 선단은 측정 센서(20)와 대응되는 위치의 추진제 그레인(15)에 접촉되도록 하여 추진제 그레인(15)이 연소관과 접하는 계면 및 추진제 그레인(15)이 중공부(16)와 접하는 표면의 변형율을 동시에 측정하도록 하여 측정 신뢰도를 높이도록 한다.At this time, the tip of the connection portion to which the thermocouple 37 is fixed is brought into contact with the propellant grain 15 at the position corresponding to the measurement sensor 20 so that the interface between the propellant grain 15 and the combustion tube and the interface between the propellant grain 15 and the hollow portion The deformation rate of the surface in contact with the surface 16 is measured at the same time to increase the measurement reliability.

상기와 같은 과정에 의해 측정 센서(20)와 중공 게이지(30)가 고체 추진기관(10)에 설치완료되면, 일정 시간 또는 일정 기간 마다 연소관(11)의 측정 센서(20)에 로거를 접촉하여 측정 센서(20) 및 중공 게이지(30)가 측정한 정보를 받아 데이터를 수집 및 계측한다.When the measurement sensor 20 and the hollow gauge 30 are installed in the solid propellant engine 10 by the above process, the logger is contacted to the measurement sensor 20 of the combustion tube 11 for a predetermined period of time or at regular intervals The measurement sensor 20 and the hollow gauge 30 receive the measured information and collect and measure the data.

구체적으로, 측정 센서(20)는 연소관(11)과 추진제 그레인(15) 계면에서 발생되는 압력과 응력을 측정한다. 동시에 변형율 센서(33)는 추진제 그레인(15)의 중공부 측 변형에 의해 탄성부재(31)에 발생된 응력에 따른 탄성부재(31)의 변형율을 측정하고, 추진제 그레인(15)과 접촉점을 이루는 열전대(37)는 추진제 그레인(15)의 중공부(16) 측 온도를 측정한다.Specifically, the measurement sensor 20 measures the pressure and stress generated at the interface between the combustion tube 11 and the propellant grains 15. At the same time, the strain rate sensor 33 measures the deformation rate of the elastic member 31 according to the stress generated in the elastic member 31 by the hollow-side deformation of the propellant grain 15, The thermocouple 37 measures the temperature on the side of the hollow portion 16 of the propellant grain 15.

측정 센서(20)가 측정한 정보, 변형율 센서(33)가 측정한 정보, 열전대(37)가 측정한 정보는 로거가 획득하고 이를 저장할 수 있다. 측정 센서, 변형율 센서, 열전대가 측정한 신호는 그 세기가 매우 작기 때문에 로거는 증폭기를 구비하여 센서로부터 발생된 신호를 증폭시켜 저장할 수 있다. Information measured by the measurement sensor 20, information measured by the strain rate sensor 33, and information measured by the thermocouple 37 can be acquired and stored by the logger. Since the signal measured by the measurement sensor, the strain rate sensor, and the thermocouple is very small, the logger can be equipped with an amplifier to amplify and store the signal generated from the sensor.

로거는 측정 센서(20) 및 중공 게이지(30)가 측정한 정보를 실시간으로 받아 데이터를 수집 및 계측할 수 있다.The logger can collect and measure data by receiving information measured by the measurement sensor 20 and the hollow gauge 30 in real time.

상술한 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법은 추진제 그레인의 온도에 따른 거동현상을 계측하기 위해 시험평가 대상 제품으로 제작되는 고체 추진기관에 적용되어 추진제 그레인의 온도에 따른 거동현상(수축, 팽창, 변형율)을 단기적, 장기적으로 계측할 수 있다.The method of measuring the strain rate of the propellant grains of the solid propellant engine described above is applied to a solid propellant engine manufactured as a product to be subjected to the test evaluation in order to measure the behavior of the propellant grains according to the temperature, Strain rate) can be measured in the short-term and long-term.

추진제 그레인은 구조재료이기 때문에 여러 가지 요인에 의해 균열이 발생될 수 있다. 추진제 그레인에 균열이 생성되면 연소 표면적이 커지게 되어, 연소시 연소관 내에서 예기치 못한 높은 압력이 생성되어 예상되지 않는 지점에서 폭발할 수 있다. Because the propellant grain is a structural material, cracks can occur due to various factors. Cracks in the propellant grains can increase the surface area of combustion, which can lead to unexpected high pressures in the combustion tube during combustion and explode at unexpected points.

추진제 그레인의 균열은 취급 중이거나 경화반응 중의 열적 변화, 점화시 급격한 내부 압력 등으로 생성될 수 있다. 이러한 균열을 예방하기 위해서는 우선 추진제 그레인 자체의 기계적 성질이 고려되어야 하고, 주어진 외부환경 조건에서 추진제 그레인의 변형이 거의 일어나지 않아야 한다. 따라서 본 실시예는 고체 추진기관 개발 과정에서 시험평가 대상 제품인 고체 추진기관의 추진제 그레인의 변형율을 측정하여 물성을 확인하고 개발할 수도 있다.Cracks in the propellant grains can be generated during handling, by thermal changes during the curing reaction, or by sudden internal pressures upon ignition. In order to prevent such cracks, the mechanical properties of the propellant grains themselves must be taken into consideration, and the deformation of the propellant grains should hardly occur under the given external environmental conditions. Therefore, this embodiment can also confirm and develop physical properties by measuring the deformation rate of the propellant grains of the solid propellant, which is the product to be tested during the development of the solid propellant.

상술한 본 발명의 실시예는 추진제 그레인에 화학적, 물리적 영향이 없는 스프링바 형태의 탄성부재를 갖는 중공 게이지를 개발, 추진제 그레인의 중공부에 삽입 설치하여 추진제 그레인의 중공부의 변형율을 측정할 수 있다. In the embodiment of the present invention described above, a hollow gauge having an elastic member of a spring bar type having no chemical or physical influence on the propellant grain has been developed and inserted into the hollow portion of the propellant grain to measure the deformation rate of the hollow portion of the propellant grain .

특히, 본 발명의 실시예는 점탄성 특성을 가지는 HTPB계 추진제를 적용한 추진기관 그레인의 노화 및 온도에 따른 응력 및 변형율을 직접 계측하고, 그 노화 특성을 모니터링할 수 있다. 실제 계측된 추진제 그레인의 노화 특성을 계측한 데이터는 고체 추진기관의 수명을 실시간으로 평가할 수 있다.In particular, embodiments of the present invention can directly measure stress and strain according to aging and temperature of propulsion engine grains to which an HTPB-based propellant having viscoelastic characteristics is applied, and to monitor aging characteristics thereof. Data measuring the aging characteristics of the actually measured propellant grains can be used to evaluate the life of a solid propellant in real time.

그에 따라 고체 추진기관 노화에 의한 대표적인 결함인 연소관 및 추진제 계면의 미접착, 추진제 그레인의 중공부의 과대 변형에 의한 크랙 등을 직접적으로 분석할 수 있다. Therefore, it is possible to directly analyze the non-adhesion of the combustion tube and the propellant interface, which are typical defects due to the aging of the solid propellant, and the crack due to the excessive deformation of the hollow portion of the propellant grain.

또한, 상기한 본 발명의 실시예는 현재 진행되고 있는 유도탄 수명평가 사업에서 실시하고 있는 직접 시편 채취를 통한 추진제 물성 평가 방법에 비해 보다 안전하게 수행할 수 있다. In addition, the embodiment of the present invention described above can be carried out more safely than the propellant physical property evaluation method through the direct specimen collection carried out in the ongoing project for evaluating the life of the missile.

본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Best Mode for Carrying Out the Invention The present invention has been disclosed in the best mode for the drawings and specification. Although specific terms are used herein, they are used for the purpose of describing the present invention only and are not used to limit the scope of the present invention described in the meaning of the claims or the claims. Therefore, it is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

1: 고체 추진기관 3: 연소관
5: 추진제(추진제 그레인) 6: 중공부
7: 노즐 9: 점화장치
10: 고체 추진기관 11: 연소관
13: 홀 15: 추진제(추진제 그레인)
16: 중공부 17: 추진제 그레인 지지커버
20: 측정 센서 30: 중공 게이지
31: 탄성부재 33: 변형율 센서
35: 접속부 36: 수직홀
37: 열전대 38: 고정판
39: 고정홀 41: 고정볼트
42: 고정너트 1: Solid propellant 3: Combustion pipe
5: propellant (propellant grain) 6: hollow part
7: Nozzle 9: Ignition device
10: Solid propellant 11: Combustion pipe
13: hole 15: propellant (propellant grain)
16: hollow part 17: propellant graining support cover
20: Measuring sensor 30: hollow gauge
31: elastic member 33: strain sensor
35: connection part 36: vertical hole
37: thermocouple 38: fixed plate
39: Fixing hole 41: Fixing bolt
42: Fixing nut

Claims (21)

연소관과 추진제 그레인의 계면에 설치되어 상기 연소관과 추진제 그레인 계면에서 발생되는 압력과 응력을 측정하는 측정 센서;
상기 추진제 그레인의 중공부에 설치되어 상기 추진제 그레인의 온도와 변형율을 측정하는 중공 게이지; 및
상기 측정 센서 및 상기 중공 게이지가 측정한 정보를 받아 데이터를 수집 및 계측하는 로거(Logger);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.A measurement sensor installed at an interface between the combustion tube and the propellant grain to measure pressure and stress generated at the interface between the combustion tube and the propellant grains;
A hollow gauge installed in the hollow portion of the propellant grain for measuring the temperature and deformation rate of the propellant grains; And
A logger for receiving data measured by the measurement sensor and the hollow gauge and collecting and measuring data;
Wherein the propellant grain deformation ratio measuring apparatus of the solid propellant engine comprises: 청구항 1에 있어서,
상기 측정 센서는 DBST(Dual Bond Stress and Temperature) 센서인 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.The method according to claim 1,
Wherein the measurement sensor is a DBST (Dual Bond Stress and Temperature) sensor. 청구항 1에 있어서,
상기 중공 게이지는
상기 추진제 그레인 지지커버에 일부가 고정 부착되고 상기 추진제 그레인과 이격되어 휘어질 수 있도록 상기 중공부에 배치되는 탄성부재;
상기 탄성부재의 일단에 구비되며 상기 추진제 그레인과 접촉되어 온도를 측정하는 열전대; 및
상기 탄성부재에 부착되어 상기 추진제 그레인의 변형에 의해 상기 탄성부재에 발생된 응력에 따른 탄성부재의 변형율을 측정하는 변형율 센서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.The method according to claim 1,
The hollow gauge
An elastic member which is partly fixedly attached to the propellant-grained support cover and disposed in the hollow portion so as to be spaced apart from the propellant grain;
A thermocouple provided at one end of the elastic member and contacting the propellant grain to measure the temperature; And
A deformation rate sensor attached to the elastic member and measuring a deformation rate of the elastic member according to a stress generated in the elastic member by deformation of the propellant grain;
Wherein the propellant grain deformation ratio measuring apparatus of the solid propellant engine comprises: 청구항 3에 있어서,
상기 탄성부재는
SUS 계열의 판스프링 형태인 스프링바인 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.The method of claim 3,
The elastic member
Wherein the spring is a spring bar in the form of a SUS-type plate spring. 청구항 3에 있어서,
상기 변형율 센서는
스트레인 게이지 센서 또는 압전체를 이용한 압전 센서인 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.The method of claim 3,
The strain rate sensor
Wherein the strain sensor is a strain gauge sensor or a piezoelectric sensor using a piezoelectric body. 청구항 3에 있어서,
상기 변형율 센서는 상기 탄성부재의 응력이 집중되는 부위에 부착되는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.The method of claim 3,
Wherein the deformation rate sensor is attached to a portion where stress of the elastic member is concentrated. 청구항 3에 있어서,
상기 탄성부재는
일단에 수직홀이 형성된 접속부가 부착되며,
상기 열전대는 상기 접속부의 수직홀에 삽입되어 +와 -의 접합부가 상기 접속부의 선단에 위치되게 고정된 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.The method of claim 3,
The elastic member
A connecting portion formed with a vertical hole at one end thereof is attached,
Wherein the thermocouple is inserted into a vertical hole of the connection portion and the junction of + and - is fixed so as to be positioned at the tip of the connection portion. 청구항 7에 있어서,
상기 접속부는
상기 추진제 그레인과 점 접촉하도록 선단이 둥근 형상으로 된 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.The method of claim 7,
The connection
Wherein the tip of the propellant grain has a rounded shape in point contact with the propellant grain. 청구항 3에 있어서,
상기 중공 게이지를 상기 추진제 그레인 지지커버에 고정 부착하기 위한 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.The method of claim 3,
And a fixing means for fixing the hollow gauge to the propellant-grain supporting cover. 청구항 9에 있어서,
상기 고정수단은
상기 탄성부재의 타단에 구비되며 고정홀이 형성된 고정판;
상기 고정판이 상기 추진제 그레인 지지커버에 밀착된 상태에서 상기 고정판의 고정홀과 상기 추진제 그레인 지지커버를 관통하여 체결되는 고정볼트; 및
상기 고정판의 고정홀, 상기 추진제 그레인 지지커버를 관통한 고정볼트의 단부에 체결되는 고정너트;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.The method of claim 9,
The fixing means
A fixing plate provided at the other end of the elastic member and having a fixing hole;
A fixing bolt passing through the fixing hole of the fixing plate and the propellant-grain supporting cover in a state in which the fixing plate is in close contact with the propellant-grain supporting cover; And
A fixing nut of the fixing plate, a fixing nut to be fastened to an end of a fixing bolt passing through the propellant-grained supporting cover;
Wherein the propellant grain deformation ratio measuring apparatus of the solid propellant engine comprises: 연소관에 홀을 형성하고 상기 홀에 측정 센서를 설치하는 단계;
상기 연소관에 중공형 치구를 거치한 후 추진제를 충전하여 중공부를 갖는 추진제 그레인을 성형하는 단계;
상기 연소관에서 중공형 치구를 제거한 후 상기 추진제 그레인의 중공부에 상기 추진제 그레인의 온도와 변형율을 측정할 수 있는 중공 게이지를 설치하는 단계; 및
상기 연소관의 측정 센서에 로거를 근접 또는 접촉하여 상기 측정 센서 및 상기 중공 게이지가 측정한 정보를 받아 데이터를 수집 및 계측하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법.Forming a hole in the combustion tube and installing a measurement sensor in the hole;
Molding a propellant grain having a hollow portion by filling a propellant after mounting a hollow jig in the combustion tube;
Providing a hollow gauge capable of measuring the temperature and deformation rate of the propellant grains in the hollow portion of the propellant grains after removing the hollow jig from the combustion tube; And
Collecting and measuring data by receiving information measured by the measurement sensor and the hollow gauge by contacting or contacting a measurement sensor of the combustion tube with a logger;
And measuring the strain rate of the propellant grains of the solid propellant. 청구항 11에 있어서,
상기 측정 센서는
DBST(Dual Bond Stress and Temperature) 센서를 적용하는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법.The method of claim 11,
The measurement sensor
Wherein a DBST (Dual Bond Stress and Temperature) sensor is applied to measure the strain rate of propellant grains in a solid propellant. 청구항 11에 있어서,
상기 중공 게이지는
상기 추진제 그레인 지지커버에 일부가 고정 부착되고 상기 추진제 그레인과 이격되어 휘어질 수 있도록 상기 중공부에 탄성부재를 삽입 배치하되,
상기 탄성부재의 일단에 열전대를 구비하고 상기 열전대가 상기 추진제 그레인과 접촉되어 상기 추진제 그레인의 온도를 측정할 수 있도록 하며,
상기 탄성부재에 변형율 센서를 부착하고 상기 변형율 센서가 상기 추진제 그레인의 변형에 의해 상기 탄성부재에 발생된 응력에 따른 탄성부재의 변형율을 측정하도록 하는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법.The method of claim 11,
The hollow gauge
An elastic member is inserted and disposed in the hollow portion so as to be partially fixed to the propellant-grain supporting cover and to be bent away from the propellant grain,
A thermocouple is provided at one end of the elastic member and the thermocouple is contacted with the propellant grains so that the temperature of the propellant grains can be measured,
Wherein a deformation rate sensor is attached to the elastic member and the deformation rate sensor measures deformation rate of the elastic member according to the stress generated in the elastic member by deformation of the propellant grain. . 청구항 13에 있어서,
상기 변형율 센서는
상기 탄성부재의 응력이 집중되는 부위에 부착하는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법.14. The method of claim 13,
The strain rate sensor
Wherein the elastic member is attached to a portion where stress of the elastic member is concentrated. 청구항 13에 있어서,
상기 열전대는
상기 탄성부재의 일단에 부착되는 접속부에 수직홀을 가공하고, 상기 수직홀에 열전대를 삽입 부착하여 상기 탄성부재의 일단에 구비되게 한 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법.14. The method of claim 13,
The thermocouple
Wherein a vertical hole is formed in a connecting portion attached to one end of the elastic member and a thermocouple is inserted into the vertical hole to be provided at one end of the elastic member. 청구항 15에 있어서,
상기 접속부는
선단을 둥근 형상으로 형성하여 상기 열전대가 추진제 그레인과 점 접촉하도록 한 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법.16. The method of claim 15,
The connection
Wherein the tip is formed in a round shape so that the thermocouple makes point contact with the propellant grains. 청구항 13에 있어서,
상기 중공 게이지는
고정홀이 형성된 고정판을 상기 탄성부재의 타단에 구비하여 상기 고정판이 상기 추진제 그레인 지지커버에 밀착되게 한 상태에서,
상기 고정판의 고정홀과 상기 추진제 그레인 지지커버를 관통하게 상기 중공부에서 외측으로 고정볼트를 관통시켜 상기 고정볼트의 단부가 상기 추진제 그레인 지지커버의 외측으로 노출되게 한 후,
상기 고정볼트의 단부에 고정너트를 체결하여 상기 고정판이 상기 추진제 그레인 지지커버에 고정되게 하는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법.14. The method of claim 13,
The hollow gauge
Wherein a fixing plate having a fixing hole is provided at the other end of the elastic member so that the fixing plate is brought into close contact with the propellant-
The fixing bolt is passed through the fixing hole of the fixing plate and the propellant-grained supporting cover to the outside of the hollow portion so that the end portion of the fixing bolt is exposed to the outside of the propellant-
Wherein a fixing nut is fastened to an end of the fixing bolt to fix the fixing plate to the propellant-grain supporting cover. 청구항 11에 있어서,
추진제 그레인의 온도에 따른 거동현상을 계측하기 위해 시험평가 대상 제품으로 제작되는 고체 추진기관에 적용되는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법.The method of claim 11,
Wherein the method is applied to a solid propellant engine manufactured as a product to be subjected to a test evaluation in order to measure a behavior of a propellant grain according to a temperature. 청구항 13에 있어서,
상기 탄성부재는
스프링 효과를 가지는 0.1~0.2T의 SUS 계열 스프링바를 적용하는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정방법.14. The method of claim 13,
The elastic member
Wherein a SUS spring bar having a spring effect of 0.1 to 0.2 T is applied. 고체 추진기관의 제작시 연소관에 상기 연소관과 추진제 그레인 계면에서 발생되는 압력과 응력을 측정할 수 있는 측정 센서를 매립 설치하고,
상기 연소관에 충진되는 추진제 그레인의 중공부에 상기 추진제 그레인의 온도 및 변형율을 측정할 수 있는 열전대 및 변형율 센서를 설치하여,
상기 고체 추진기관에 상기 측정 센서, 상기 열전대 및 상기 변형율 센서가 포함되게 한 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.A measurement sensor capable of measuring the pressure and stress generated at the interface between the combustion tube and the propellant grains is buried in the combustion tube when the solid propellant is manufactured,
A thermocouple and a deformation rate sensor capable of measuring the temperature and deformation rate of the propellant grains are installed in the hollow portion of the propellant grain filled in the combustion tube,
Wherein the solid propellant includes the measurement sensor, the thermocouple, and the strain sensor. 청구항 20에 있어서,
상기 연소관의 측정 센서에 근접 또는 접촉되어 상기 측정 센서, 상기 열전대 및 상기 변형율 센서가 측정한 정보를 받아 데이터를 수집 및 계측하는 로거(Logger)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 추진기관의 추진제 그레인 변형율 측정장치.The method of claim 20,
And a logger for collecting and measuring data by receiving information measured by the measurement sensor, the thermocouple, and the strain rate sensor in proximity to or in contact with the measurement sensor of the combustion tube. Measuring device.
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