KR102577443B1 - 추진제 탱크의 지지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 추진제 탱크의 지지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 팽창이 가능한 방사형의 트러니언을 포함하는 추진제 탱크의 지지장치에 관한 것이다.
본 발명의 추진제 탱크의 지지장치에 따르면, 추진제 탱크에 형성되는 방사형의 돌출된 트러니언을 구형 베어링 및 실린더형 베어링에 의해 장착구조에 고정시킴으로써 가압 시 발생하는 추진제 탱크의 팽창에 따른 크기 방향의 변형과 3차원 뒤틀림을 방지하며, 초기 조립 시 트러니언과 장착구조 사이의 틀어짐을 자동으로 정렬할 수 있다는 효과가 있다.

Description

추진제 탱크의 지지장치{Apparatus For Supporting Propellant Tank}

본 발명은 추진제 탱크의 지지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 팽창이 가능한 방사형의 트러니언을 포함하는 추진제 탱크의 지지장치에 관한 것이다.

일반적으로 우주비행체에 적용되는 추진시스템의 경우 위성을 지구 저궤도에 올리기 위해 사용되는 발사체의 추진, 우주비행체의 궤도 천이를 위한 추진, 임무 궤도에서 자세제어 및 궤도 보정을 위한 추진으로 나눌 수 있다.

이중 앞의 두 가지 경우는 추진시스템이 주요 임무로 별도의 시스템 설계를 통해 구현하는 것이 일반적이나, 자세제어 및 궤도 보정을 위한 추진시스템의 경우 일반적인 저궤도 인공위성에 적용되며, 상용 추진 관련 구성품들을 사용하여 구성한다.

이때, 추진시스템 구성품 중 추진제를 저장하는 용기(이하, 추진제 탱크)의 경우 부피가 크고 중량이 높아 특별한 지지구조물의 설계가 필요하다.

현재, 상용으로 구매할 수 있는 인공위성용 추진제 탱크의 경우 장착 및 지지를 위한 다양한 인터페이스를 제공하고 있다.

추진제 탱크는 내부 추진제의 분사를 위해 가압을 하게 되며, 이에 따라 압력용기의 일반적인 형태인 구형 혹은 2개의 반구형 구조물이 중앙의 원통형 튜브로 연결되는 구조를 갖는다.

이때 추진제 및 가압제 등 내부 물질의 충전/배출을 위한 인터페이스는 반구의 중심(구형의 극지방)에 위치하는 것이 일반적이며, 구조적인 지지를 위해 아래와 같은 다양한 형태의 인터페이스를 제공한다.

1. 구형의 극지방을 충전/배출 인터페이스와 함께 사용 (polar)

2. 적도의 위치에 방사형의 트러니언을 사용 (equatorial trunnions)

3. 적도의 위치에 지지용 탭 사용 (equatorial mounting tabs)

4. 적도의 위치에 스커트 형태의 결합 구조를 사용 (equatorial skirt)

5. 구형의 하부에 받침대 형태로 지지 (pedestal)

국내에서 개발하는 소형 인공위성의 경우 충전/배출 인터페이스만 있는 추진제 탱크의 원통형 옆면을 끈으로 묶어 지지하는 간단한 구조를 사용하고 있으며, 화학 추력기를 사용하는 중형 위성급의 경우 적도의 위치에 지지용 탭이 제공되는 추진제 탱크를 복잡한 스트럿 구조 및 브래킷을 이용하여 별도의 플랫폼에 지지하고 있는 것이 일반적이다.

따라서, 현재까지 국내에서 개발하는 위성 중 방사형의 트러니언 인터페이스를 제공하는 추진제 탱크를 적용한 위성은 없었으며 이를 사용하기 위해서는 특별한 지지구조물이 필요한 상황이다.

미국 공개특허공보 제2014-0103164 A1

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 추진제 탱크의 적도 부근에 방사형 트러니언을 포함하는 추진제 탱크의 지지장치를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치는, 추진제 탱크를 장착구조에 고정하기 위해 사용되는 것으로, 추진제 탱크는 추진제 탱크의 반경 방향으로 돌출된 다수 개의 트러니언을 포함하며, 구형 베어링을 이용해 트러니언을 장착구조에 고정하는 것을 특징으로 한다.

더욱 상세하게는, 구형 베어링은 안쪽부와 바깥쪽부를 포함하며, 안쪽부와 바깥쪽부 사이의 경계면은 구의 형상인 것을 특징으로 한다.

또한, 안쪽부는 트러니언과 접촉하며 바깥쪽부는 장착구조의 지지 브래킷과 접촉할 수 있고, 이때 안쪽부와 트러니언은 고정되며 바깥쪽부와 지지 브래킷 사이의 경계면은 윤활 처리되는 것을 특징으로 한다.

이때, 바깥쪽부는 실린더형 베어링의 안쪽부이며 지지 브래킷은 실린더형 베어링의 바깥쪽부로, 바깥쪽부만 움직일 수 있는 것을 특징으로 한다.

더욱 상세하게는, 안쪽부와 트러니언은 추진제 탱크 측에 형성되는 스페이서와 장착구조 측에 형성되는 제1 고정부에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 안쪽부는 트러니언과 접촉하며 바깥쪽부는 장착구조의 지지 브래킷과 접촉할 수 있고, 이때 안쪽부와 트러니언 사이의 경계면은 윤활 처리되며 바깥쪽부와 지지 브래킷은 고정되는 것을 특징으로 한다.

이때, 안쪽부는 실린더형 베어링의 바깥쪽부이며 트러니언은 실린더형 베어링의 안쪽부로, 안쪽부만 움직일 수 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 트러니언의 일측에는 안쪽부의 일탈을 방지하기 위한 제2 고정부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 바깥쪽부와 지지 브래킷은 제3 고정부에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 추진제 탱크의 지지장치에 따르면, 추진제 탱크에 형성되는 방사형의 돌출된 트러니언을 구형 베어링 및 실린더형 베어링에 의해 장착구조에 고정시킴으로써 가압 시 발생하는 추진제 탱크의 팽창에 따른 크기 방향의 변형과 3차원 뒤틀림을 방지하며, 초기 조립 시 트러니언과 장착구조 사이의 틀어짐을 자동으로 정렬할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치의 트러니언이 형성된 추진제 탱크를 나타낸 것이다.
도 2의 (a)는 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치의 추진제 탱크 및 지지 브래킷의 일 실시예를 나타낸 것이며, 도2의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진제 탱크의 지지장치의 적용 모습을 나타낸 것이다.
도 3의 (a)는 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치 중 지지 브래킷의 일 실시예를 나타낸 것이며, 도3의 (b)는 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치의 구형 베어링이 적용된 트러니언을 나타낸 것이다.
도 4의 (a)는 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치의 구형 베어링을 나타낸 것이며, 도 4의 (b)는 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치 중 구형 베어링의 단면을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치가 장착구조에 고정되는 실시예의 단면도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치가 장착구조에 고정되는 또 다른 실시예의 단면도를 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목 적으로만 사용된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 추진제 탱크의 지지장치를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치의 트러니언이 형성된 추진제 탱크를 나타낸 것이다.

도 2의 (a)는 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치의 추진제 탱크 및 지지 브래킷의 일 실시예를 나타낸 것이며, 도2의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진제 탱크의 지지장치의 적용 모습을 나타낸 것이다.

도 3의 (a)는 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치 중 지지 브래킷의 일 실시예를 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치는, 추진제 탱크(1)를 장착구조(2)에 고정하기 위해 사용되는 것으로, 추진제 탱크(1)는 추진제 탱크(1)의 반경 방향으로 돌출된 다수 개의 트러니언(10)을 포함하며, 구형 베어링(20)을 이용해 트러니언(10)을 장착구조(2)에 고정하는 것을 특징으로 한다.

이때, 지지 브래킷(30)을 이용해 방향을 변경하여 트러니언(10)을 장착구조(2)에 고정할 수 있다.

예를 들어, 'ㅓ' 모양 또는 'ㄱ'모양의 지지 브래킷(30)을 이용해 트러니언(10)과 장착구조(2)의 체결이 수직으로 되도록 변경할 수 있다.

더욱 상세하게는, 지지 브래킷(30)은 트러니언(10)의 형상에 상관없이 트러니언(10)이 장착구조(2)에 효과적으로 지지될 수 있도록 하는 것으로, 도 2의 (a) 및 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1지지 브래킷(30a), 제2 지지 브래킷(30b), 및 제3지지 브래킷(30c)을 포함할 수 있다.

다만, 도2의 (a) 및 도 3의 (a)는 지지 브래킷(30)의 일 실시예일 뿐, 지지 브래킷(30)은 트러니언(10)을 장착구조(2)에 고정할 수 있는 형상이면 모두 가능할 것이다.

또한, 트러니언(10)은 4개인 것이 바람직하며, 그 이상 또는 그 이하일 수 있음은 당업자에게 자명한 사실이다.

또한, 추진제 탱크(1)는 구형 또는 반구형 구조물이 중앙의 원통형 튜브로 연결되는 구조로 되어 있으며, 트러니언(10)은 원통형 튜브에 형성되는 것이 바람직하다.

도 3의 (b)는 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치의 구형 베어링이 적용된 트러니언을 나타낸 것이다.

도 3의 (b)를 참조하면, 구형 베어링(20)은 안쪽부(22)와 바깥쪽부(24)를 포함하며, 안쪽부(22)와 바깥쪽부(24) 사이의 경계면은 구의 형상인 것을 특징으로 한다.

특히, 안쪽부(22)와 바깥쪽부(24) 사이의 경계면이 구의 형상을 지님으로써 안쪽부(22)와 바깥쪽부(24) 사이의 3개의 회전축의 틀어짐을 허용할 수 있으며 이로 인해 추진제 탱크(1)의 가압 시 팽창되는 트러니언(10)의 축의 틀어짐은 상쇄 및 완화된다는 효과가 있다.

또한, 안쪽부(22)와 바깥쪽부(24) 사이의 경계면은 윤활 처리되는 것을 특징으로 하며, 특히 경계면에 윤활 역할을 할 수 있는 저마찰 재질의 박막을 적용할 수 있다.

예를 들어, 안쪽부(22)와 바깥쪽부(24) 사이의 경계면은 DFL(Dry Film Lubricant)과 같은 표면 처리를 통해 윤활 처리될 수 있으며, 또는 테플론과 같은 재질을 이용해 안쪽부(22)와 바깥쪽부(24) 사이의 경계면에 윤활 역할을 할 수 있는 저마찰 재질의 박막을 적용할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치가 장착구조에 고정되는 실시예의 단면도를 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 구형 베어링(20)의 안쪽부(22)는 트러니언(10)과 접촉하며 구형 베어링(20)의 바깥쪽부(24)는 장착구조(2)의 지지 브래킷(30)과 접촉할 수 있고, 이때 안쪽부(22)와 트러니언(10)은 고정되며 바깥쪽부(24)와 지지 브래킷(30) 사이의 경계면은 윤활 처리되는 것을 특징으로 한다.

이때, 구형 베어링(20)의 바깥쪽부(24)는 실린더형 베어링의 안쪽부이며, 지지 브래킷(30)은 실린더형 베어링의 바깥쪽부로, 구형 베어링(20)의 바깥쪽부(24), 즉 실린더형 베어링의 안쪽부만 움직일 수 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 실린더형 베어링은 안쪽부와 바깥쪽부 사이의 경계면이 원통형의 형상인 것을 의미하며, 도 5를 참조하면, 실린더형 베어링의 안쪽부와 바깥쪽부 사이의 경계면은 구형 베어링(20)의 바깥쪽부(24)와 지지 브래킷(30) 사이의 경계면으로 원통형의 형상이다.

더욱 상세하게는, 안쪽부(22)와 트러니언(10)은 추진제 탱크(1) 측에 형성되는 스페이서(50)와 장착구조(2) 측에 형성되는 제1 고정부(40a)에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.

즉, 안쪽부(22)는 트러니언(10)과 스페이서(50) 및 제1 고정부(40a)에 의해 고정됨으로써 트러니언(10)과 하나로 움직일 수 있으므로, 추진제 탱크(1)의 가압 시 트러니언(10)이 팽창에 의해 이동하게 되면 안쪽부(22)도 트러니언(10)과 함께 이동하게 되는 것이다.

이때, 바깥쪽부(24)는 앞서 설명했듯이 안쪽부(22)와 맞닿는 경계면은 윤활 처리되며, 지지 브래킷(30)과 맞닿는 경계면 역시 윤활 처리되므로, 결과적으로 바깥쪽부(24)만 자유롭게 움직일 수 있다.

즉, 트러니언(10)을 장착구조(2)에 고정시킨 후, 팽창에 의해 트러니언(10)이 이동하게 되는 경우 실제적으로 자유롭게 움직이는 부분은 구형 베어링(20) 중 바깥쪽부(24)뿐인 것이다.

이는 실린더형 베어링의 관점에서, 실제적으로 자유롭게 움직이는 바깥쪽부(24)가 실린더형 베어링의 안쪽부이며, 바깥쪽부(24)의 외부에 위치하며 고정되어 있는 지지 브래킷(30)이 실린더형 베어링의 바깥쪽부임을 의미하는 것이다.

즉, 트러니언(10)에 구형 베어링(20)을 먼저 적용하고 그 후 실린더형 베어링을 적용하여 결과적으로 트러니언(10)을 장착구조(2)에 고정하는 것이며, 실린더형 베어링의 안쪽부, 즉 구형 베어링(20)의 바깥쪽부(24)만 자유롭게 움직일 수 있는 점을 통해 트러니언(10)이 팽창에 의해 이동하게 되는 경우 발생하는 크기 방향의 변형과 3차원 뒤틀림을 방지할 수 있는 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치가 장착구조에 고정되는 또 다른 실시예의 단면도를 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 안쪽부(22)는 트러니언(10)과 접촉하며 바깥쪽부(24)는 장착구조(2)의 지지 브래킷(30)과 접촉할 수 있고, 이때 안쪽부(22)와 트러니언(10) 사이의 경계면은 윤활 처리되며 바깥쪽부(24)와 지지 브래킷(30)은 고정되는 것을 특징으로 한다.

이때, 구형 베어링(20)의 안쪽부(22)는 실린더형 베어링의 바깥쪽부이며, 트러니언(10)은 실린더형 베어링의 안쪽부로, 구형 베어링(20)의 안쪽부(22), 즉 실린더형 베어링의 바깥쪽부만 움직일 수 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 실린더형 베어링은 앞서 설명했듯이 안쪽부와 바깥쪽부 사이의 경계면이 원통형의 형상인 것을 의미하며, 도 6을 참조하면, 실린더형 베어링의 안쪽부와 바깥쪽부 사이의 경계면은 구형 베어링(20)의 안쪽부(22)와 트러니언(10) 사이의 경계면으로 원통형의 형상이다.

이때, 트러니언(10)의 일측에는 안쪽부(22)의 일탈을 방지하기 위한 제2 고정부(40b)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 바깥쪽부(24)와 지지 브래킷(30)은 제3 고정부(40c)에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.

즉, 안쪽부(22)는 트러니언(10)과 맞닿는 경계면이 윤활 처리되므로 가압 시 팽창에 의해 트러니언(10)이 이동하는 경우 트러니언(10)과 함께 이동하지 않으며 자유롭게 이동할 수 있으므로 이러한 안쪽부(22)의 이동 범위를 제한하기 위해 제2 고정부(40b)를 트러니언(10)의 일측에 형성하는 것이다.

또한, 안쪽부(22)는 앞서 설명했듯이, 바깥쪽부(24)와 맞닿는 경계면은 윤활 처리되며, 바깥쪽부(24)는 지지 브래킷(30)과 제3 고정부(40c)에 의해 고정되므로 결과적으로 안쪽부(22)만 자유롭게 움직일 수 있다.

즉, 트러니언(10)을 장착구조(2)에 고정시킨 후, 팽창에 의해 트러니언(10)이 이동하게 되는 경우 실제적으로 자유롭게 움직이는 부분은 구형 베어링(20) 중 안쪽부(22)뿐인 것이다.

이는 실린더형 베어링의 관점에서, 실제적으로 자유롭게 움직이는 안쪽부(22)가 실린더형 베어링의 바깥쪽부이며, 안쪽부(22)의 내부에 위치하며 고정되어 있는 트러니언(10)이 실린더형 베어링의 안쪽부임을 의미하는 것이다.

즉, 트러니언(10)에 실린더형 베어링을 먼저 적용하고 그 후 구형 베어링(20)을 적용하여 결과적으로 트러니언(10)을 장착구조(2)에 고정하는 것이며, 실린더형 베어링의 바깥쪽부, 즉 구형 베어링(20)의 안쪽부(22)만 자유롭게 움직일 수 있는 점을 통해 트러니언(10)이 팽창에 의해 이동하게 되는 경우 발생하는 크기 방향의 변형과 3차원 뒤틀림을 방지할 수 있는 것이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 추진제 탱크의 지지장치는 구형 베어링(20) 및 실린더형 베어링을 포함하는 것이며, 이는 실린더형 베어링만 이용해 트러니언(10)을 장착구조(20)에 고정하는 경우 트루니언(10)의 팽창에 따른 반경 방향의 움직임을 허용하면서 전체적으로 추진제 탱크(1)의 고정이 가능하지만, 제작 공차로 인해 트러니언(10) 축이 팽창 중심과 일치하지 않는 경우 발생하는 베어링 사이의 유격 또는 유격으로 인해 발생하는 끼임 현상 등의 문제점을 구형 베어링(20)을 실린더형 베어링과 함께 이용해 트러니언(10)을 장착구조(20)에 고정함으로써 트러니언(10) 축의 오차, 발생하는 베어링 사이의 유격, 또는 유격으로 인해 발생하는 끼임 현상 등의 문제점을 해결할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 도 5 및 도 6은 각각 구형 베어링(20)을 기준으로 후에 실린더형 베어링을 구성 또는 전에 실린더형 베어링을 구성한 실시예를 나타내나, 이는 예시에 불과하며, 구형 베어링(20)을 기준으로 전과 후에 모두 실린더형 베어링을 구성하여 트러니언(10)을 장착구조(2)에 고정할 수 있음은 당연할 것이다.

이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.

1: 추진제 탱크
2: 장착구조
10: 트러니언
20: 구형 베어링
22: 안쪽부
24: 바깥쪽부
30: 지지 브래킷
30a: 제1지지 브래킷 30b: 제2지지 브래킷 30c: 제3지지 브래킷
40a: 제1고정부 40b: 제2고정부 40c: 제3고정부
50: 스페이서

Claims (9)

1. 추진제 탱크를 장착구조에 고정하기 위해 사용되는 추진제 탱크의 지지장치에 있어서,
   상기 추진제 탱크는 상기 추진제 탱크의 반경 방향으로 돌출된 다수 개의 트러니언을 포함하며
   구형 베어링 및 실린더형 베어링을 이용해 상기 트러니언을 상기 장착구조에 고정하며,
   상기 구형 베어링은 안쪽부와 바깥쪽부를 포함하며
   상기 안쪽부와 상기 바깥쪽부 사이의 경계면은 구의 형상이고,
   상기 안쪽부는 상기 트러니언과 접촉하며
   상기 바깥쪽부는 상기 장착구조의 지지 브래킷과 접촉하고
   상기 안쪽부와 상기 트러니언은 고정되며 상기 바깥쪽부와 상기 지지 브래킷 사이의 경계면은 윤활 처리되는 것을 특징으로 하는 추진제 탱크의 지지장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 바깥쪽부는 상기 실린더형 베어링의 안쪽부이며, 상기 지지 브래킷은 상기 실린더형 베어링의 바깥쪽부인 것을 특징으로 하는 추진제 탱크의 지지장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 안쪽부와 상기 트러니언은 상기 추진제 탱크 측에 형성되는 스페이서와 상기 장착구조 측에 형성되는 제1 고정부에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 추진제 탱크의 지지장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제