KR102136298B1 - 리바운드 방지 기능을 가진 구조물 분리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 상부프레임의 하단과 하부프레임의 상단이 결합되고, 내부에는 분리볼트 조립체가 구비되어 기폭기의 폭발에 의해 상부프레임과 하부프레임이 분리되는 페어링 개방장치로서, 상기 분리볼트 조립체(100)의 외주면에 형성되고 아래쪽으로 갈수록 직경이 증가하는 웨지부(140); 상기 상부프레임(200)의 상면에 형성되고 상기 분리볼트 조립체가 관통하는 결합공(230); 상기 결합공의 하단부에 형성되고 아래쪽으로 갈수록 중앙을 향해 경사지게 돌출되어 내경이 작아지는 경사돌기(225); 및 상기 분리볼트 조립체의 하단에 결합되는 분리블럭(400);를 포함하고, 상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최대직경부는 상기 경사돌기(225)의 아래쪽에서 상기 상부프레임의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 리바운드 방지 기능을 가진 구조물 분리장치를 제공한다.

Description

리바운드 방지 기능을 가진 구조물 분리장치{SEPARATION DEVICE OF STRUCTURE WITH REBOUND PREVENTING FUNCTION}

본 발명은 구조물의 분리과정에서 리바운드를 방지하는 기능을 갖는 장치이며, 구체적으로는 우주발사체의 페이로드 분리, 인공위성 분리 등에 사용되는 페어링 개방장치로서 구체적으로는 리바운드 방지 구조 및 페어링 분리과정에서 발생하는 파편이나 부품의 비산을 방지하는 구조를 가진 페어링 개방장치에 관한 것이다.

우주발사체가 내부에 장착한 인공위성과 같은 물체를 우주궤도에 올리기 위해서는 지구 대기권을 초음속으로 뚫고 올라가야 하는데, 이 과정에서 큰 압력이 우주발사체에 가해지며 우주발사체의 외부에 열이 발생한다. 우주발사체의 내부에 설치된 인공위성이 상기 압력과 열에 그대로 노출된다면 인공위성이 손상될 것이다. 페어링(fairing)은 이런 압력과 열로부터 위성을 보호하기 위해 위성을 덮어둔 우주발사체 맨 앞의 뾰족한 부분이다.

페어링은 대기권을 돌파할 때는 인공위성의 안전을 위해 구조적으로 충분히 강해야 하고 발사체에 튼튼히 붙어있어야 하고, 우주 공간에 도착해서는 발사체에서 분리돼야 한다. 특히, 우주공간에서 페어링이 우주발사체로부터 떨어져 나갈 때는 인공위성은 물론이고 우주발사체와 충돌하면 안 된다.

우주 발사체가 특정한 시점에 도착시 지상에서 원격명령을 주어 위성을 구속하고 있는 구속장치를 해제시켜서 페어링을 분리하게 되며, 화약을 이용한 기폭장치를 사용하는 경우가 대부분이다.

발사체 페어링 분리에 대한 선행기술로는 특허 제10-1063843호에서 도시되어 있다. 상기 선행문헌을 보면, 분리체(1)와 비행체(2)가 볼트 너트 체결부(7)에 의해 상호 간에 체결되어 있다. 전기적 작동 신호를 받는 착화기에 의해 점화되는 기폭기(3)의 폭발압(4)에 따라 순간적으로 발생된 힘과 변위에 의해 분리체(1)에 형성된 노치부(8)가 절단되어 분리체(1)와 비행체(2)가 분리되는 등의 내용이 개시되어 있다.

또 다른 선행문헌으로는 특허 제10-0591799호가 있으며, 내용을 보면 노즈 페어링의 좌우측 개방부가 용이하게 개방될 수 있도록 노즈 페어링의 좌우측 개방부의 상호 대향면과 저면과 본체의 상면에 결속 상태가 가능하도록 장착되고, 상기 결속 상태를 해제할 뿐만 아니라 열리는 방향으로 추력을 가하는 등의 내용을 도시하고 있다.

그러나, 상기 종래기술은 페어링을 분리하는 구조에서 순간적인 충격을 가한 후 반력에 의해 리바운드 되는 것을 방지하기 위한 구조가 없는 문제점이 있었고, 페어링 분리과정에서 발생하는 파편이나 부품이 비산하는 것을 방지할 필요가 있었다.

본 발명은 발사체의 페이로드 페어링 분리나 인공위성 분리 등 페어링 분리동작시 반력에 의한 리바운드를 방지하고 페어링 분리과정에서 발생하는 파편이나 부품의 비산을 방지하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상부프레임의 하단과 하부프레임의 상단이 결합되고, 내부에는 분리볼트 조립체가 구비되어 기폭기의 폭발에 의해 상부프레임과 하부프레임이 분리되는 페어링 개방장치로서,

상기 분리볼트 조립체(100)의 외주면에 형성되고 아래쪽으로 갈수록 직경이 증가하는 웨지부(140); 상기 상부프레임(200)의 상면에 형성되고 상기 분리볼트 조립체가 관통하는 결합공(230); 상기 결합공의 하단부에 형성되고 아래쪽으로 갈수록 중앙을 향해 경사지게 돌출되어 내경이 작아지는 경사돌기(225); 및 상기 분리볼트 조립체의 하단에 결합되는 분리블럭(400);를 포함하고, 상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최대직경부는 상기 경사돌기(225)의 아래쪽에서 상기 상부프레임의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 리바운드 방지 기능을 가진 구조물 분리장치를 제공한다.

상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최대직경부의 외경(D)은 상기 경사돌기(225)의 내경(d)보다 크게 형성되고, 상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최대직경부는 상기 웨지부의 최하단부(145)인 것이 좋고, 상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최하단부(145)의 외경과 상기 경사돌기(225)의 내경의 차이는 0.2mm 일 수 있다.

상기 분리볼트 조립체(100)의 외주면에서 상기 웨지부의 상측에 형성되고, 상기 상부프레임의 결합공(230)의 상측에 위치하는 와셔부(120);를 더 포함한다.

상기 와셔부의 외경은 상기 결합공의 내경 보다 크게 형성되어, 상기 분리볼트 조립체는 상기 와셔부와 웨지부에 의해 상하 이동이 제한된다.

상기 분리블럭을 상기 하부프레임에 고정하고, 상기 기폭기의 폭발에 의해 파단되는 전단핀을 더 포함한다.

상기 전단핀은 상기 분리블럭 및 상기 하부프레임을 관통하여, 상기 전단핀의 헤드와 성형부가 하부프레임의 외측에 구비되고, 상기 전단핀의 헤드와 성형부의 외측에는 비산방지판(500)이 구비되어, 파단된 전단핀의 헤드와 성형부의 비산을 방지하며, 상기 비산방지판(500)은 볼트(550)에 의해 상기 하부프레임에 체결되고, 상기 비산방지판(500)은 복합소재로 제작되는 것이 좋다.

본 발명은 상기 구조에 의해서 발사체의 페어링 분리과정에서 폭발에 의한 반력으로 인한 리바운드를 방지하고 분리과정에서 발생하는 리벳 부품의 비산을 방지하는 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발사체 페어링 개방장치의 분리볼트 조립체의 모습이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발사체 페어링 개방장치의 종단면도의 모습이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발사체 페어링 개방장치의 상부프레임의 모습이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 상부프레임 상단 일부 단면 모습이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발사체 페어링 개방장치에 기폭기 폭발에 의해 상부 및 하부프레임이 서로 분리되는 모습의 종단면도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명은 구조물의 분리과정에서 리바운드를 방지하는 기능을 갖는 장치이다. 이하에서는 이러한 리바운드 방지 기능을 갖는 장치 중 하나의 구체적인 예로서 우주발사체의 페이로드 분리, 인공위성 분리 등에 사용되는 페어링 개방장치를 예로 들어 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발사체 페어링 개방장치의 분리볼트 조립체의 모습이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발사체 페어링 개방장치의 종단면도의 모습이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발사체 페어링 개방장치의 상부프레임의 모습이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 상부프레임 상단 일부 단면 모습이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발사체 페어링 개방장치에 기폭기 폭발에 의해 상부 및 하부프레임이 서로 분리되는 모습의 종단면도이다.

본 발명에 따른 발사체 페어링 분리장치는 우주발사체의 페이로드 페어링 분리, 위성분리, 단 분리등에 사용이 되는 것으로, 구조적으로 구속된 구조체를 순간적으로 가스압 또는 화약에 의한 폭발압으로 구속을 해제시켜 분리를 시키는 장치이다. 본 발명에서는 구조적으로 구속된(폭발에 의해 분리를 요하는) 두 구조체에 각각 상부프레임(200)과 하부프레임(300)이 결합된다. 상부프레임(200)과 하부프레임(300)이 발사체 또는 페어링 등 각각의 구조체에 결합되어 있다가 폭발압에 의해 상부프레임과 하부프레임이 분리되어 구조체가 분리되는 것이다. 본 발명에서는 설명 간소화를 위해 이들 구조체 및 구조체와 상하부프레임간 결합구조에 대한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 페어링 분리장치에서 분리볼트 조립체(100)는 상하부 몸체를 이루는 상부프레임(200)과 하부프레임(300) 내부에 구비되고, 상기 분리볼트 조립체의 하단에 결합되는 분리블럭(400)이 구비된다. 그리고, 상기 분리블럭(400)은 전단핀(450)에 의해 상기 하부프레임에 고정결합된다.

본 발명에 따른 분리볼트 조립체(100)를 상측에서 아래쪽으로 보면, 분리볼트 헤드(110)와, 외주면에 링 형태로 돌출되어 직경이 증가한 와셔부(120)와, 원통형상의 중간부(130)와, 아래쪽을 향해 직경이 증가하는 경사면을 가진 웨지부(140)와 상기 웨지부의 아래에 연장부(150)로 이루어진다. 상기 웨지부의 경사가 끝나는 경사면의 최하단부(145)에서 상기 웨지부는 최대 직경을 갖는다.

상기 상부프레임은 하단이 개방된 내부 중공인 원통형상으로 측면(210)과 상면(220)을 갖고, 상면 중앙부에서 내외부를 연통시키는 결합공(230)이 형성된다. 상기 상부프레임(200)의 결합공에는 분리볼트 조립체가 관통하여 결합되고, 상부프레임의 하단(240)은 하부프레임의 상단과 결합된다. 상기 결합공(230)의 하단부에는 아래쪽으로 갈수록 중앙을 향해 경사지게 돌출되어 내경이 작아지게 경사져서 돌출되는 경사돌기(225)가 형성된다.

도 2를 참조하여, 상기 분리볼트 조립체가 상기 상부프레임에 체결된 모습을 보면, 상기 웨지부(140)가 상기 결합공(230)의 아래쪽(상부프레임 내부)에 위치하고, 상기 와셔부(120)가 상기 결합공(230)의 상측에 위치하여 분리볼트 조립체가 위쪽으로도 아래쪽으로도 빠지지 않는 구조이다. 상기 와셔부(120)의 외경은 상기 결합공(230)의 내경 보다 크게 형성되고, 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최대직경부의 외경(D)은 상기 경사돌기(225)의 내경(d)보다 크게 형성된다. 이러한 상태에서 상기 분리볼트 조립체는 상기 와셔부와 웨지부에 의해 상하 이동이 제한된다.

상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 형상은 아래쪽으로 갈수록 외경이 연속하여 증가하는 형상으로 도시하고 있으나, 실시예를 달리하면 외경이 어느 위치까지는 증가하여 최대직경부를 이루고 다시 외경이 작아지는 형태로 구성할 수도 있을 것이다. 이때에도 상기 웨지부의 최대직경부는 상기 경사돌기(225)의 아래쪽에서 상기 상부프레임의 내부에 위치하도록 하여 분리볼트 조립체를 상부프레임에 구속시킨다.

즉, 상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최대직경부의 외경(D)은 상기 경사돌기(225)의 내경(d)보다 크게 형성된다. 다만, 상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최대직경부는 상기 웨지부의 최하단부(145)인 것이 좋다. 그리고, 일 예로 상기 웨지부(140)의 최하단부(145)의 외경과 상기 경사돌기(225)의 내경의 차이는 0.2mm 일 수 있다. 직경(외경과 내경)을 이렇게 구성하는 것은 기폭기 폭발시 리바운드(폭발시 구조체가 분리되는 방향으로 이동하여 다른 구조체에 부딪힌 후 충격으로 반대방향으로 이동하는 것) 현상을 방지하기 위함이다.

본 발명에 따른 페어링 분리장치가 분리되는 과정을 보면, 하부프레임에 분리블럭을 전단핀을 이용하여 리벳팅되어 구속하고, 상부프레임은 분리볼트 조합체의 조립하고, 상하부프레임을 조립한다. 그리고, 분리를 위해서는 분리를 위한 힘(가스압 또는 폭발압)이 분리블럭과 하부프레임 사이에서 발생이 되면 분리힘에 의해 전단핀(450)이 파단되고, 분리블럭과 분리볼트 조합체는 상방향으로 순간적으로 이동이 되어 상부프레임과 하부프레임은 구조적으로 분리가 된다. 그런데, 순간적인 분리힘에 의해 분리블럭이 상부프레임에 충격을 가한 후 반력에 의해 하부프레임 쪽으로 이동하는 리바운드 현상이 일어날 수 있는데, 본 발명에서는 상부프레임의 결합공(230) 내경과 분리볼트의 웨지부(140) 외경을 적절히 구성하여 리바운드 현상을 방지한 것이다.

즉, 상부 프레임의 결합공(230) 하단에 경사돌기(225)를 형성한 테이퍼 구간을 적용함으로써, 분리시 웨지부(140)가 통과할 수는 있지만, 다시 리바운드 되어 통과하지는 못하도록 한 것이다(도 5). 그리고, 상기 웨지부 최대직경과 경사돌기 테이퍼 구간의 최소 직경 차이를 0.2 mm로 하였다.

그리고, 페어링 분리과정에서 하부프레임(300)에 결합되어 있는 상기 전단핀(450)의 파단 파편이나 부품이 떨어져 나와 다른 부분에 영향을 주는 것을 방지하여야 한다. 파편이 비산하여 분리된 인공위성 등에 영향을 줄 수 있기 때문이다. 본 발명에서는 이를 위해, 하부프레임에 결합되는 비산방지판(500)을 채택하였다.

상기 전단핀(450)은 상기 분리블럭 및 상기 하부프레임을 관통하여, 상기 전단핀의 헤드(452)와 성형부(454)가 하부프레임의 외측에 형성된다. 그리, 상기 전단핀의 헤드와 성형부의 외측에는 비산방지판(500)이 구비되어, 파단된 전단핀의 헤드와 성형부의 비산을 방지한다. 상기 비산방지판(500)은 내부 중공인 원통형이며 하단부가 볼트(550)에 의해 상기 하부프레임에 체결되고, 상단부는 상기 전단핀의 헤드와 성형부 보다 조금 높게 위치한다. 상기 비산방지판(500)은 복합소재로 제작되어 비산되는 부품의 충격을 완화하는 것이 좋다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 분리볼트 조합체 200: 상부프레임
300: 하부프레임 400: 분리블럭
500: 비산 방지판

Claims (10)

1. 상부프레임의 하단과 하부프레임의 상단이 결합되고, 내부에는 분리볼트 조립체가 구비되어 기폭기의 폭발에 의해 상부프레임과 하부프레임이 분리되는 페어링 개방장치로서,
   상기 분리볼트 조립체는, 분리볼트 헤드(110)와, 상기 분리볼트 헤드 아래쪽에서 외주면에 링 형태로 돌출되어 직경이 증가한 와셔부(120)와, 상기 와셔부 아래쪽에 형성된 원통형상의 중간부(130)와, 상기 중간부 아래쪽에 형성되고 직경이 점점 증가하는 경사면을 가진 웨지부(140)와, 상기 웨지부의 아래에 형성된 원통 형상의 연장부(150)로 이루어지고,
   상기 상부프레임의 상면에 형성되고 상기 분리볼트 조립체가 관통하고, 상기 중간부(130)의 외주면이 안착되어 위치하는 결합공(230);
   상기 결합공의 하단부에 형성되고 아래쪽으로 갈수록 중앙을 향해 경사지게 돌출되어 내경이 작아지는 경사돌기(225); 및
   상기 분리볼트 조립체의 연장부 하단에 결합되는 분리블럭(400);를 포함하고,
   상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최대직경부는 상기 경사돌기(225)를 통과하여 상기 상부프레임의 내부에 위치하고, 상기 경사돌기의 최소직경이 위치하는 최하단부는 상기 웨지부의 경사면에 접하도록 배치되고,
   상기 분리블럭을 상기 하부프레임에 고정하고, 상기 기폭기의 폭발에 의해 파단되는 전단핀(450);을 더 포함하고,
   상기 전단핀의 헤드와 성형부의 외측에는 비산방지판(500)이 구비되어, 파단된 전단핀의 헤드와 성형부의 비산을 방지하는 것을 특징으로 하는,
   리바운드 방지 기능을 가진 구조물 분리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최대직경부의 외경(D)은 상기 경사돌기(225)의 내경(d)보다 큰 것을 특징으로 하는,
   리바운드 방지 기능을 가진 구조물 분리장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최대직경부는 상기 웨지부의 최하단부(145)인 것을 특징으로 하는,
   리바운드 방지 기능을 가진 구조물 분리장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 분리볼트 조립체의 웨지부(140)의 최하단부(145)의 외경과 상기 경사돌기(225)의 내경의 차이는 0.2mm인 것을 특징으로 하는,
   리바운드 방지 기능을 가진 구조물 분리장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 전단핀은 상기 분리블럭 및 상기 하부프레임을 관통하여, 상기 전단핀의 헤드와 성형부가 하부프레임의 외측에 구비되는 것을 특징으로 하는,
   리바운드 방지 기능을 가진 구조물 분리장치.
9. 삭제
10. 삭제

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