KR102664437B1 - Lightweight Space Launch Vehicle Fuselage Structure and Design Method of the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지상에서 우주궤도 또는 우주공간까지 탑재물을 운송하기 위한 우주발사체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우주발사체의 동체와 동체 내부에 수용되는 추진제 탱크를 탄소섬유 강화 복합재를 이용하여 제작하는 탄소복합재 초경량 우주발사체 동체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a space launch vehicle for transporting a payload from the ground to space orbit or outer space. More specifically, the fuselage of the space launch vehicle and the propellant tank accommodated inside the fuselage are manufactured using carbon fiber-reinforced composite materials. It relates to a composite ultra-light space launch vehicle fuselage and its manufacturing method.

Description

초경량 우주발사체 동체 및 그 제조 방법{Lightweight Space Launch Vehicle Fuselage Structure and Design Method of the Same}Ultralight space launch vehicle fuselage and manufacturing method thereof {Lightweight Space Launch Vehicle Fuselage Structure and Design Method of the Same}

본 발명은 지상에서 우주궤도 또는 우주공간까지 탑재물을 운송하기 위한 우주발사체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우주발사체의 동체와 동체 내부에 수용되는 추진제 탱크를 탄소섬유 강화 복합재를 이용하여 제작하는 섬유강화 복합재 초경량 우주발사체 동체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a space launch vehicle for transporting a payload from the ground to space orbit or outer space. More specifically, the fuselage of the space launch vehicle and the propellant tank accommodated inside the fuselage are manufactured using carbon fiber-reinforced composite materials. This relates to a reinforced composite ultra-light space launch vehicle fuselage and its manufacturing method.

우주발사체는, 탑재물을 싣고 지구를 벗어나 우주궤도의 정해진 곳까지 실어 올리는 로켓(rocket)으로, 작용과 반작용을 이용한 추진기관 또는 이 로켓기관으로 추진되는 비행체를 말한다. A space launch vehicle is a rocket that leaves the Earth with a payload and lifts it to a designated location in space orbit. It refers to a propulsion engine using action and reaction or an aircraft propelled by this rocket engine.

우주발사체는 추진력을 발생시키는 엔진과, 추진제를 저장하는 추진제 탱크와, 자세제어 및 통신을 위한 항전 장비와, 궤도에 이송되는 탑재체 및 궤도에 오르기까지 탑재체를 보호하는 페어링으로 구성된다. 그 중 추진제 탱크는 엔진을 제외한 전체 구조 중량 중 절반 이상의 중량을 차지한다. 대부분의 추진제 탱크는 알루미늄 혹은 스테인리스 스틸 등의 금속 소재를 가공 및 용접하여 제작한다.A space launch vehicle consists of an engine that generates propulsion, a propellant tank that stores propellant, avionics equipment for attitude control and communication, a payload transported to orbit, and a fairing that protects the payload until it reaches orbit. Among them, the propellant tank accounts for more than half of the total structural weight excluding the engine. Most propellant tanks are manufactured by processing and welding metal materials such as aluminum or stainless steel.

기존의 추진제 탱크들은 대부분 모노코크 구조로 제작된다. 모노코크는 프레임 구조가 없이 얇은 쉘 구조로만 이루어져 경량화에 최적화된 구조이기 때문이다. 기구형(Balloon) 탱크는 이중 가장 극단적인 경우로, 내부 가압에 의해서만 형태가 유지되지만 매우 가볍다는 장점이 있다.Most existing propellant tanks are manufactured in a monocoque structure. This is because the monocoque consists of only a thin shell structure without a frame structure, making it a structure optimized for weight reduction. Balloon tanks are the most extreme of these. They maintain their shape only by internal pressurization, but have the advantage of being very light.

중량만 고려하면 주어진 부피에서 무게가 가장 가벼운 구형이 가장 이상적이지만 필요한 추진제 용량과 발사체의 공력 성능을 고려한 세장비(slenderness ratio)의 제한으로 인해 주 추진제 탱크는 일반적으로 긴 실린더 형태로 제작된다. 터보펌프를 이용하는 엔진시스템을 위한 추진제 탱크는 약 5 bar 내외 혹은 그 이하의 압력으로 추진제를 저장하며, 이 경우 내압이 상대적으로 낮으므로 탱크의 벽 두께를 줄여 중량을 줄일 수 있다. 반면 가압식 사이클 엔진을 위한 추진제 탱크는 내부를 10~ 20bar 정도의 높은 압력으로 저장하므로 그에 맞춰 탱크의 벽 두께가 증가하여 중량이 증가한다.Considering only weight, a sphere with the lightest weight in a given volume is ideal, but due to limitations in slenderness ratio considering the required propellant capacity and aerodynamic performance of the launch vehicle, the main propellant tank is generally manufactured in the form of a long cylinder. Propellant tanks for engine systems using turbopumps store propellants at a pressure of about 5 bar or lower. In this case, the internal pressure is relatively low, so the weight can be reduced by reducing the wall thickness of the tank. On the other hand, propellant tanks for pressurized cycle engines store their interior at a high pressure of about 10 to 20 bar, so the wall thickness of the tank increases accordingly, resulting in an increase in weight.

우주발사체의 추진제 탱크는 기본적으로 동체의 구조를 형성하는 외벽과, 추진제가 저장되는 탱크가 분리되는 방식과, 탱크 자체가 동체의 구조를 형성하는 일체형 방식이 있다. 동체 구조와 탱크를 분리형으로 제작하는 방식보다 탱크 자체를 동체로 제작하는 일체형 방식의 경우 탱크 내압이 하중을 지지해주는 역할을 할 수 있기 때문에 추진체 탱크를 보다 가볍게 만들 수 있다.The propellant tank of a space launch vehicle basically has a separate type in which the outer wall that forms the structure of the fuselage and the tank in which the propellant is stored are separated, and an integrated type in which the tank itself forms the structure of the fuselage. In the case of an integrated method in which the tank itself is manufactured as a fuselage rather than a method in which the fuselage structure and the tank are manufactured separately, the propellant tank can be made lighter because the tank's internal pressure can play a role in supporting the load.

또한, 발사체가 작아질수록 구조비는 증가하므로 소형발사체에서는 무엇보다 발사체 탱크의 중량을 경량화하는 것이 매우 중요하다.In addition, the structural cost increases as the projectile becomes smaller, so it is very important to reduce the weight of the projectile tank in small projectiles.

따라서 우주발사체의 구성요소 중 큰 비중을 차지하고 있는 추진제 탱크의 중량을 경량화하기 위한 기술의 개발이 요구된다. Therefore, there is a need to develop technology to reduce the weight of propellant tanks, which account for a large proportion of the components of space launch vehicles.

한국공개특허 제10-2023-0029274호(2023.03.03.공개)Korean Patent Publication No. 10-2023-0029274 (published on March 3, 2023)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명은 소형 우주발사체에 있어서, 추진제 탱크를 포함하는 동체 구조의 경량화에 그 목적이 있다. The present invention was developed to solve the above problems, and its purpose is to reduce the weight of the fuselage structure including the propellant tank in a small space launch vehicle.

이를 위해 본 발명은 섬유강화 복합재로 제작된 실린더와, 동체 일체형 탱크를 형성하도록 실린더 내부에 삽입되는 상부 돔 및 하부 돔을 포함하는 추진제 탱크를 제공함에 그 목적이 있다. To this end, the purpose of the present invention is to provide a propellant tank including a cylinder made of fiber-reinforced composite material, and an upper and lower dome inserted into the cylinder to form a fuselage-integrated tank.

본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 우주발사체 동체는, 내부에 연료 또는 산화제가 수용되는 공간이 형성된 우주발사체의 동체에 있어서, 내부에 연료 또는 산화제가 수용되는 공간이 형성되고, 길이 방향 양측이 개방 형성된 실린더; 및 상기 실린더의 양측에 각각 결합되는, 상부 돔 및 하부 돔을 포함하고, 내부에 연료 또는 산화제가 충진되는 탱크 역할을 수행함과 동시에 동체의 외면을 형성하는 동체 일체형으로 구성된다. The fuselage of an ultra-light space launch vehicle according to an embodiment of the present invention is a fuselage of a space launch vehicle in which a space for accommodating fuel or oxidizer is formed inside, and a space for accommodating fuel or oxidizer is formed inside, and both longitudinal sides are open. formed cylinder; and an upper dome and a lower dome respectively coupled to both sides of the cylinder, and is configured as an integrated fuselage type that serves as a tank filled with fuel or oxidizer and forms the outer surface of the fuselage.

또한, 상기 실린더, 상부 돔 및 하부 돔은, 섬유강화 복합재 프리프레그를 복수 층 적층한 라미네이트 구조로 이루어진다. In addition, the cylinder, upper dome, and lower dome are made of a laminate structure in which multiple layers of fiber-reinforced composite prepreg are laminated.

또한, 상기 상부 돔 및 하부 돔은, 상기 실린더의 내부에 삽입되어 결합된다. Additionally, the upper dome and lower dome are inserted into the interior of the cylinder and coupled to each other.

또한, 상기 상부 돔 및 하부 돔은, 상기 실린더의 내면에 접착 결합되며, 상기 상부 돔 및 하부 돔은, 반경 방향 외측 둘레를 따라 길이 방향으로 연장 형성된 접합부를 더 포함하고, 상기 접합부의 반경방향 외측면이 상기 실린더의 내면에 맞닿아 접착 부재를 통해 결합된다. In addition, the upper dome and the lower dome are adhesively coupled to the inner surface of the cylinder, and the upper dome and lower dome further include a joint extending longitudinally along a radial outer circumference, and a radial outer portion of the joint is formed. The side surface comes into contact with the inner surface of the cylinder and is joined through an adhesive member.

또한, 상기 상부 돔 및 하부 돔은, 연료 또는 산화제의 유출입을 위한 제1 개방홀이 형성되되, 상기 제1 개방홀에는, 섬유강화 복합재 또는 금속 재질의 보스가 결합된다. In addition, the upper dome and the lower dome are formed with a first open hole for the inflow and outflow of fuel or oxidant, and a boss made of a fiber-reinforced composite material or a metal material is coupled to the first open hole.

또한, 상기 보스는 연료 또는 산화제의 유출입을 위한 제2 개방홀이 형성되되, 상기 제2 개방홀에는, 섬유강화 복합재 또는 금속 재질의 보스캡이 결합된다. In addition, the boss is formed with a second open hole for the inflow and outflow of fuel or oxidant, and a boss cap made of a fiber-reinforced composite or metal material is coupled to the second open hole.

또한, 상기 보스는, 반경 방향 외측 둘레가 상기 제1 개방홀의 둘레에 결합되되, 외면이 상기 제1 개방홀의 내면에 맞닿아 결합된다. Additionally, the radial outer circumference of the boss is coupled to the circumference of the first open hole, and the outer surface is coupled to the inner surface of the first open hole.

또한, 상기 접합부의 길이(H)는 아래 수식 1을 통해 산출된다.Additionally, the length (H) of the joint is calculated through Equation 1 below.

(수식 1)(Formula 1)

Figure 112023096456997-pat00001
Figure 112023096456997-pat00001

D : 실린더의 내경, P : 동체의 요구 내부 압력,

Figure 112023096456997-pat00002
: 접착제의 전단강도, k : 접착강도에 대한 안전율D: inner diameter of cylinder, P: required internal pressure of fuselage,
Figure 112023096456997-pat00002
: Shear strength of adhesive, k: Safety factor for adhesive strength

또한, 상기 상부 돔 또는 하부 돔은, 타원 형 또는 토리구 형 돔의 형태로 이루어지며, 장축 대 단축 비율은 1: 0.3~ 1: 0.7 인 것을 특징으로 한다. In addition, the upper dome or lower dome is formed in the shape of an oval or tori sphere dome, and the ratio of the major axis to the minor axis is 1: 0.3 to 1: 0.7.

또한, 상기 실린더는, 내면에 반경 방향 내측으로 돌출되는 배플이 구비되며, 상기 배플은, 'ㄷ' 자형으로 이루어진다. In addition, the cylinder is provided with a baffle on its inner surface that protrudes radially inward, and the baffle is formed in a 'ㄷ' shape.

또한, 상기 배플은, 밑판과, 상기 밑판의 폭 방향 양측에서 길이 방향으로 연장된 한 쌍의 측판을 포함하고, 상기 밑판은 반경 방향 내측 또는 외측에서 상방 또는 하방으로 절곡된 절곡면이 형성되고, 상기 측판은 반경 방향 외측에서 원주 방향 내측 또는 외측으로 절곡된 결합면이 형성된다. In addition, the baffle includes a bottom plate and a pair of side plates extending in the longitudinal direction on both sides in the width direction of the bottom plate, and the bottom plate is formed with a bent surface bent upward or downward on the inner or outer side in the radial direction, The side plate has a joining surface bent from the radial outer side to the circumferential inner or outer side.

또한, 상기 보스는, 반경 방향 외측에 형성되되, 상기 돔에 결합되는 돔 결합부와, 반경 방행 내측에 형성되되, 상기 보스캡에 결합되는 캡 결합부로 구성된다. Additionally, the boss is composed of a dome coupling portion formed on the radial outer side and coupled to the dome, and a cap coupling portion formed on the radial inner side and coupled to the boss cap.

또한, 상기 돔 결합부는, 반경 방향 외측 단부에서 내측으로 일정영역 돔과의 접착 결합을 위해 형성된, 접착면; 상기 접착면의 반경 방향 내측에 돔과의 볼팅 결합을 위한 제1 볼팅결합부 및 상기 접착면과 제1 볼팅결합부 사이 형성되며, 씰이 삽입되는 제1 씰 그루브를 포함하고, 상기 캡 결합부는, 반경 방향 외측에 보스캡과 볼팅 결합을 위한 제2 볼팅결합부; 및 상기 제2 볼팅결합부의 반경 방향 내측에는, 제2 씰이 삽입되는 제2 씰 그루브를 포함한다. In addition, the dome coupling portion includes an adhesive surface formed for adhesive bonding with the dome in a certain area from the radial outer end to the inside; It includes a first bolting coupling portion for bolting with the dome on the radial inner side of the adhesive surface and a first seal groove formed between the adhesive surface and the first bolting coupling portion and into which a seal is inserted, and the cap coupling portion , a second bolting coupling portion for bolting the boss cap to the outer radial direction; And on the radial inner side of the second bolting joint, it includes a second seal groove into which the second seal is inserted.

또한, 상기 상부 돔 또는 하부 돔의 외측에는, 단열을 위한 단열재가 구비된다. Additionally, an insulating material is provided on the outside of the upper dome or lower dome for insulation.

본 발명의 다른 실시예에 따른 초경량 우주발사체 동체는, 산화제가 수용되며, 상기 일 실시예의 초경량 우주발사체 동체로 이루어진 산화제 탱크; 상기 산화제 탱크의 하측에 결합되며, 연료가 수용되는, 상기 일 실시예의 초경량 우주발사체 동체로 이루어진 연료 탱크; 및 상기 산화제를 상기 연료 탱크의 하측으로 이송하도록 상기 연료 탱크를 관통하는 산화제 이송관을 포함한다. An ultra-light space launch vehicle fuselage according to another embodiment of the present invention includes an oxidizing agent tank containing an oxidizing agent and made of the ultra-light space launch vehicle fuselage of the above-mentioned embodiment; A fuel tank made of the ultra-light space launch vehicle fuselage of the embodiment, which is coupled to the lower side of the oxidizer tank and accommodates fuel; and an oxidizing agent transfer pipe penetrating the fuel tank to transport the oxidizing agent to the lower side of the fuel tank.

또한, 상기 초경량 우주발사체 동체는, 상기 산화제 탱크의 하측과 상기 연료 탱크의 상측 실린더의 단부 사이에 구비되어 상기 산화제 탱크와 상기 연료 탱크를 연결하는 링 조인트를 더 포함한다.In addition, the ultra-light space launch vehicle fuselage further includes a ring joint provided between the lower side of the oxidizer tank and an end of the upper cylinder of the fuel tank and connecting the oxidizer tank and the fuel tank.

본 발명의 일 실시예에 따른 초경량 우주발사체 동체의 제조 방법은, 섬유강화 복합재를 이용해 실린더를 성형하는 단계; 섬유강화 복합재를 이용해 돔을 성형하는 단계; 상기 실린더에 배플을 접착하는 단계; 상기 돔에 보스를 접착하는 단계; 및 상기 돔을 실린더에 접착하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing an ultra-light space launch vehicle fuselage according to an embodiment of the present invention includes forming a cylinder using a fiber-reinforced composite material; Forming a dome using a fiber-reinforced composite material; Adhering a baffle to the cylinder; Adhering a boss to the dome; and gluing the dome to the cylinder.

또한, 섬유강화 복합재를 이용해 실린더를 성형하는 단계와 섬유강화 복합재를 이용해 돔을 성형하는 단계 또는 상기 실린더에 배플을 접착하는 단계와 상기 돔에 보스를 접착하는 단계는, 순차적, 역순 또는 동시에 이루어진다.In addition, the steps of forming a cylinder using a fiber-reinforced composite material and forming a dome using a fiber-reinforced composite material, or bonding a baffle to the cylinder and bonding a boss to the dome, are performed sequentially, in reverse order, or simultaneously.

본 발명의 다른 실시예에 따른 초경량 우주발사체 동체의 제조 방법은, 섬유강화 복합재를 이용하여 실린더를 성형하는 제1 단계; 섬유강화 복합재를 이용하여 상부 돔을 성형하는 제2 단계; 섬유강화 복합재를 이용하여 하부 돔을 성형하는 제3 단계; 섬유강화 복합재 또는 금속재를 이용하여 배플을 가공하는 제4 단계; 섬유강화 복합재 또는 금속재를 이용하여 보스를 가공하는 제5 단계; 상기 실린더에 상기 배플을 접착하는 제6 단계; 상기 상부 돔 및 하부 돔에 보스를 접착하는 제7 단계; 상기 실린더의 일측에 상기 상부 돔을 접착하는 제8 단계; 및 상기 실린더의 타측에 하부 돔을 접착하는 제9 단계를 포함한다. A method of manufacturing an ultra-light space launch vehicle fuselage according to another embodiment of the present invention includes a first step of forming a cylinder using a fiber-reinforced composite material; A second step of forming the upper dome using a fiber-reinforced composite material; A third step of forming the lower dome using fiber-reinforced composite material; A fourth step of processing the baffle using fiber-reinforced composite or metal material; A fifth step of processing the boss using fiber-reinforced composite or metal material; A sixth step of adhering the baffle to the cylinder; A seventh step of adhering bosses to the upper and lower domes; An eighth step of adhering the upper dome to one side of the cylinder; and a ninth step of adhering the lower dome to the other side of the cylinder.

또한, 상기 제1 내지 제5 단계, 상기 제6 단계와 제7 단계, 또는 제8 단계와 제9 단계는, 순차적으로 또는 역순으로 또는 랜덤으로 또는 동시에 진행된다.Additionally, the first to fifth steps, the sixth step and the seventh step, or the eighth step and the ninth step are performed sequentially, in reverse order, randomly, or simultaneously.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 탄소복합재 초경량 우주발사체 동체 및 그 제조 방법은, 알루미늄 합금보다 비강도가 우수한 탄소섬유 복합재를 적용하여 알루미늄 합금 대비 중량을 30%~ 40% 줄인 효과가 있다. The carbon composite ultra-light space launch vehicle fuselage and manufacturing method of the present invention according to the above configuration have the effect of reducing the weight by 30% to 40% compared to aluminum alloy by applying carbon fiber composite material with superior specific strength than aluminum alloy.

또한, 섬유강화 복합재로 제작되는 동체의 실린더 내부에 탱크를 형성하기 위한 돔을 삽입 후 극저온 접착제를 주입하여 일체화 하므로 추진제 탱크와 동체를 별도 제작 및 결합하지 않고 동일한 실린더 구조를 공유하기 때문에 중량을 최소화 할 수 있는 효과가 있다. In addition, a dome to form a tank is inserted inside the cylinder of the fuselage made of fiber-reinforced composite material and integrated by injecting cryogenic adhesive, so the propellant tank and fuselage do not need to be manufactured and joined separately, but share the same cylinder structure, minimizing weight. There is an effect that can be done.

특히 돔과 실린더를 각각 별도로 제작한 뒤 접착하므로 탱크를 포함하는 발사체 동체 제작 공정을 최소함에 따라 제조비용과 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.In particular, since the dome and cylinder are manufactured separately and then glued together, the manufacturing process for the launch vehicle fuselage, including the tank, is minimized, thereby reducing manufacturing costs and time.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 우주발사체 동체의 분해사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 우주발사체 동체의 단면사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 우주발사체 동체의 단면측면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체부의 투영사시도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체부의 정면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배플의 사시도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 보스부의 사시도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보스부의 단면사시도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료탱크와 산화제탱크를 포함하는 우주발사체 동체의 단면사시도
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료탱크와 산화제탱크를 포함하는 우주발사체 동체의 단면측면도
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 우주발사체 동체의 제조 방법을 나타낸 순서도
1 is an exploded perspective view of the space launch vehicle fuselage according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional perspective view of the space launch vehicle fuselage according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional side view of the space launch vehicle fuselage according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a projection perspective view of the body portion according to an embodiment of the present invention
Figure 5 is a front view of the body portion according to an embodiment of the present invention
6 is a perspective view of a baffle according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a perspective view of the boss portion according to an embodiment of the present invention
Figure 8 is a cross-sectional perspective view of the boss portion according to an embodiment of the present invention
Figure 9 is a cross-sectional perspective view of the space launch vehicle fuselage including a fuel tank and an oxidizer tank according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a cross-sectional side view of the space launch vehicle fuselage including a fuel tank and an oxidizer tank according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is a flow chart showing a method of manufacturing a space launch vehicle fuselage according to an embodiment of the present invention.

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention described above will be described in detail with reference to the drawings.

도 1에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주발사체 동체(1000)(이하, '동체')의 분해사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 동체(1000)는 내부에 연료가 충진되도록 공간이 형성되고, 길이 방향 양측이 개방 형성된 실린더(100)와, 실린더(100)의 일측 개방면을 밀폐하는 상부 돔(200)과, 실린더(100)의 타측 개방면을 밀폐하는 하부 돔(300)과, 상부 돔(200)의 개방면 내측에 결합되어 이송관(미도시)과 연결을 위한 제1 보스(400) 및 하부 돔(300)의 개방면 내측에 결합되어 상기 이송관과 연결을 위한 제2 보스(500)를 포함한다. 또한, 제1 보스(400)의 외측에는 제1 보스(400)의 개방면을 밀폐하는 제1 보스캡(610)이 구비되고, 제2 보스(500)의 외측에는 제2 보스(500)의 개방면을 밀폐하는 제2 보스캡(620)이 구비된다. 또한, 제2 보스(500)의 내측에는 와류방지배플(700)이 결합된다. 동체(1000)가 추진제를 소모하면서 수위가 점차 낮아지게 되면 어느 순간부터 동체(1000) 내부에 소용돌이와 같은 와류가 발생하는데, 와류로 인해 기포가 엔진으로 흡입될 수 있으므로, 동체(1000) 내 와류의 발생을 억제하도록 방사형으로 격벽구조를 갖는 와류방지배플(700)이 구비될 수 있다. Figure 1 shows an exploded perspective view of the space launch vehicle fuselage 1000 (hereinafter referred to as 'fuselage') according to an embodiment of the present invention. As shown, the fuselage 1000 includes a cylinder 100 in which a space is formed to be filled with fuel, and both longitudinal sides are open, an upper dome 200 that seals one open surface of the cylinder 100, and A lower dome 300 that seals the other open surface of the cylinder 100, a first boss 400 and a lower dome ( It is coupled to the inside of the open surface of 300) and includes a second boss 500 for connection with the transfer pipe. In addition, a first boss cap 610 is provided on the outside of the first boss 400 to seal the open surface of the first boss 400, and on the outside of the second boss 500, a first boss cap 610 is provided. A second boss cap 620 is provided to seal the open surface. Additionally, a vortex prevention baffle 700 is coupled to the inside of the second boss 500. As the fuselage 1000 consumes propellant and the water level gradually decreases, a vortex-like vortex is generated inside the fuselage 1000 at some point. Since air bubbles can be sucked into the engine due to the vortex, the vortex within the fuselage 1000 A vortex prevention baffle 700 having a radial partition structure may be provided to suppress the occurrence of .

실린더(100)는 내부에 연료 또는 산화제가 충진되는 탱크 역할을 수행함과 동시에 동체의 외면을 형성하는 동체 일체형으로 구성된다. The cylinder 100 functions as a tank filled with fuel or oxidant inside and is composed of an integrated fuselage that forms the outer surface of the fuselage.

이때, 상부 돔(200)의 둘레에는, 실린더(100)와의 접합을 위한 제1 접합부(210)가 형성되어 상부 돔(200)의 제1 접합부(210)와 실린더(100)의 일측 내면이 접합 결합될 수 있다. 또한, 하부 돔(300)의 둘레에는, 실린더(100)와의 접합을 위한 제2 접합부(310)가 형성되어 하부 돔(300)의 제2 접합부(310)와 실린더(100)의 타측 내면이 접합 결합될 수 있다. 실린더와 돔 사이에는 접착제 주입을 위한 주입공간이 형성될 수 있고, 상기 주입공간의 반경 방향 두께는 2mm 이내일 수 있다.At this time, a first joint 210 for bonding to the cylinder 100 is formed around the upper dome 200, so that the first joint 210 of the upper dome 200 and one inner surface of the cylinder 100 are joined. can be combined In addition, a second joint 310 is formed around the lower dome 300 for connection to the cylinder 100, so that the second joint 310 of the lower dome 300 and the other inner surface of the cylinder 100 are joined. can be combined An injection space for adhesive injection may be formed between the cylinder and the dome, and the radial thickness of the injection space may be within 2 mm.

이때, 상기 제1 또는 제2 접합부(210, 310)의 길이는, 동체(1000)에 요구되는 하중이나 내압 조건에 따라 결정될 수 있다. At this time, the length of the first or second joints 210 and 310 may be determined according to the load or internal pressure conditions required for the fuselage 1000.

실린더(100)의 내경을 D, 동체(1000)의 내부 압력을 P, 제1 또는 제2 접합부(210, 310)의 길이를 H, 접착제의 전단강도를

Figure 112023096456997-pat00003
, 접착강도에 대한 안전율을 k 라고 정의 할 때, 아래 수식 1을 통해 최소 제1 또는 제2 접합부(210, 310)의 최소길이 H를 결정할 수 있다.The inner diameter of the cylinder 100 is D, the internal pressure of the fuselage 1000 is P, the length of the first or second joints 210 and 310 is H, and the shear strength of the adhesive is
Figure 112023096456997-pat00003
, when defining the safety factor for adhesive strength as k, the minimum length H of the minimum first or second joint (210, 310) can be determined through Equation 1 below.

이때, 실제 H는 상기 최소 H 기준으로 k=1.2 이상의 적정 값을 선정함으로써 적절한 안전율을 갖도록 설계할 수 있다.At this time, the actual H can be designed to have an appropriate safety factor by selecting an appropriate value of k = 1.2 or more based on the above minimum H.

또한, 상부 돔(200) 및 하부 돔(300)은 발사체 동체(1000)의 전체 길이를 줄이기 위해 동체(1000)의 부피 효율을 높일 수 있도록 타원 형 또는 토리구 형 돔의 형태로 이루어질 수 있다. 이때, 타원의 장축 대 단축 비율은 1:0.3 ~ 1:0.7 범위를 갖도록 제작될 수 있다. 위 범위 미만일 경우 상부 돔 및 하부 돔(200, 300)에 국소적으로 많은 응력이 집중되어 복합재 강도 향상을 위해 오히려 두께가 더욱 두꺼워져야 하는 문제가 있고, 위 범위를 초과할 경우 동일 부피를 형성하기 위해 동체(1000)의 길이가 길어진다는 문제가 발생될 수 있다.Additionally, the upper dome 200 and lower dome 300 may be formed in the form of an oval or tori-spherical dome to increase the volumetric efficiency of the fuselage 1000 in order to reduce the overall length of the projectile fuselage 1000. At this time, the ratio of the long axis to the short axis of the ellipse can be manufactured to range from 1:0.3 to 1:0.7. If it is less than the above range, a lot of stress is concentrated locally on the upper and lower domes (200, 300), so there is a problem that the thickness must be thicker to improve the strength of the composite, and if it exceeds the above range, the same volume cannot be formed. For this reason, a problem may arise in that the length of the fuselage 1000 becomes longer.

한편, 실린더(100)와 상부 돔(200)과 하부 돔(300)은 일정 강도를 유지하면서도 경량화를 위해 섬유강화 복합재 재질로 이루어질 수 있다. 일예로 실린더(100)와 상부 돔(200)과 하부 돔(300)은 복합재 프리프레그를 복수의 층으로 적층하여 구성된 라미네이트 구조로 이루어질 수 있다. Meanwhile, the cylinder 100, the upper dome 200, and the lower dome 300 may be made of a fiber-reinforced composite material to reduce weight while maintaining a certain strength. For example, the cylinder 100, the upper dome 200, and the lower dome 300 may be formed of a laminate structure composed of multiple layers of composite prepreg.

도 2에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주발사체 동체(1000)의 단면사시도가 도시되어 있고, 도 3에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주발사체 동체(1000)의 단면측면도가 도시되어 있다. 또한, 도 4에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더(100)의 투영사시도가 도시되어 있고, 도 5에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더(100)의 정면도가 도시되어 있다.Figure 2 shows a cross-sectional perspective view of the space launch vehicle body 1000 according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 shows a cross-sectional side view of the space launch vehicle body 1000 according to an embodiment of the present invention. there is. Additionally, FIG. 4 shows a projected perspective view of the cylinder 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows a front view of the cylinder 100 according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이 실린더(100)와, 상부 돔(200) 및 하부 돔(300)은 섬유강화복합재로 이루어질 수 있고, 상부 돔(200)의 외측에는 단열을 위한 단열재(800)가 구비될 수 있다.As shown, the cylinder 100, the upper dome 200, and the lower dome 300 may be made of a fiber-reinforced composite material, and an insulating material 800 may be provided on the outside of the upper dome 200 for insulation. .

다른 예로 단열재(800)는 하부 돔(300)에도 구비될 수 있다. 즉 시스템의 구성에 따라, 필요 시 상부 돔(200) 또는 하부 돔(300) 또는 모두에 단열재(800)가 부착될 수 있다. 도 9를 참조하면, 하부 돔이 두 개의 탱크 사이 공간에 위치한 경우 특별히 온도에 민감한 장치가 들어가지 않기 때문에 단열재를 삭제할 수 있고, 최상부와 최하부에는 각각 온도에 민감한 장비들이 설치되므로 단열재가 각각 구비될 수 있다. As another example, the insulation material 800 may also be provided in the lower dome 300. That is, depending on the configuration of the system, the insulation material 800 may be attached to the upper dome 200, the lower dome 300, or both, if necessary. Referring to FIG. 9, when the lower dome is located in the space between two tanks, the insulation material can be deleted because no particularly temperature-sensitive devices are installed, and since temperature-sensitive equipment is installed at the top and bottom, each insulation material can be provided. You can.

또한, 제1 및 제2 보스(400, 500)와, 제1 및 제2 보스캡(610, 620)은 섬유강화 복합재 또는 금속재로 이루어질 수 있다. Additionally, the first and second bosses 400 and 500 and the first and second boss caps 610 and 620 may be made of a fiber-reinforced composite material or a metal material.

한편 실린더(100)의 내면에는 'ㄷ' 자형으로 이루어지며, 상측으로 개방부가 형성된 배플(900)이 구비될 수 있다. 배플(900)은 복수 개가 실린더(100)의 원주 방향을 따라 등 간격으로 이격될 수 있고, 길이 방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 배플(900)은 발사체의 운용 환경 및 발사 도중 내부에 충진된 유체의 흔들림을 감쇄시키기 위해 구비될 수 있다. 즉 동체(1000) 내부에 충진되는 연료의 흔들림을 방지하여 동체(1000) 추진 시 안정성을 확보하기 위해 구비된다. 배플(900)은 실린더(100)의 내면에 극저온 접착제를 이용하여 접착 결합될 수 있다.)Meanwhile, a baffle 900 may be provided on the inner surface of the cylinder 100, which is shaped like a 'ㄷ' and has an opening formed on the upper side. A plurality of baffles 900 may be spaced apart at equal intervals along the circumferential direction of the cylinder 100 and may be spaced apart along the longitudinal direction. The baffle 900 may be provided to attenuate the shaking of the fluid filled within the launch vehicle during its operating environment and launch. That is, it is provided to prevent shaking of the fuel filled inside the fuselage 1000 and ensure stability when propulsion of the fuselage 1000. The baffle 900 may be adhesively bonded to the inner surface of the cylinder 100 using a cryogenic adhesive.)

배플(900)이 하측으로 개방되는 경우 최하단에 위치한 배플(900)의 수면을 잡아주는 밑판(910)의 높이가 그 만큼 높아지게 된다. 따라서 접착부가 상측에 위치하도록 배플(900)이 상측으로 개방되어 부착되는 것이 바람직하다. 또한, 유체가 출렁임에의해 배플(900)에 하중이 가해지며, 접착면이 하나인 것 보다 좌우 측에 두 개인 것이 구조적으로 안전하고, 제작 시에도 좌우 양단에 접착면을 구성하는 것이 제조에 용이하므로, 배플(900)을 'ㄷ' 자형으로 구성할 수 있다. When the baffle 900 is opened downward, the height of the bottom plate 910 that holds the water surface of the baffle 900 located at the bottom increases accordingly. Therefore, it is preferable that the baffle 900 is opened upward and attached so that the adhesive portion is located on the upper side. In addition, a load is applied to the baffle 900 as the fluid sloshes around, and it is structurally safer to have two adhesive surfaces on the left and right sides rather than one adhesive surface, and it is easier to manufacture by forming adhesive surfaces on both left and right ends during manufacturing. Therefore, the baffle 900 can be configured in a ‘ㄷ’ shape.

도 6에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배플(900)의 사시도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 배플(900)은, 밑판(910)과, 밑판(910)의 폭 방향 양측에서 상방으로 연장된 한 쌍의 측판(920)을 포함하여 구성된다. 밑판(910)은 반경 방향 외측에서 하방으로 절곡된 제1 절곡면(911)이 형성되고, 반경 방향 내측에서 상방으로 절곡된 제2 절곡면(912)이 형성된다. 제1 및 제2 절곡면(911)(912)은 밑판(910)이 얇게 형성됨에 따라 강성 증가를 위한 보강구조로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 절곡면(911)(912)은 밑판(910)을 기준으로 서로 대향되는 방향으로 절곡 형성될 수 있다. Figure 6 shows a perspective view of a baffle 900 according to an embodiment of the present invention. As shown, the baffle 900 includes a bottom plate 910 and a pair of side plates 920 extending upward from both sides of the bottom plate 910 in the width direction. The bottom plate 910 has a first bent surface 911 bent downward from the radial outer side, and a second bent surface 912 bent upward from the radial inner side. The first and second bent surfaces 911 and 912 may be formed as a reinforcing structure to increase rigidity as the bottom plate 910 is formed thin. The first and second bent surfaces 911 and 912 may be bent in opposite directions with respect to the bottom plate 910.

측판(920)은 반경 방향 외측에서 원주 방향 내측으로 절곡된 결합면(921)이 형성된다.The side plate 920 has a coupling surface 921 bent from the radial outer side to the circumferential inner side.

도 7에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 보스(400) 또는 제2 보스(500)의 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 보스(400) 또는 제2 보스(500)의 단면사시도가 도시되어 있다. 7 shows a perspective view of the first boss 400 or the second boss 500 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows a first boss 400 according to an embodiment of the present invention. Alternatively, a cross-sectional perspective view of the second boss 500 is shown.

제1 보스(400)와 제2 보스(500)는 결합 위치만 상이할 뿐 형상은 동일하므로, 이하 제1 보스(400)의 세부 구성에 대하여 설명하기로 한다. Since the first boss 400 and the second boss 500 have the same shape except for a different coupling position, the detailed configuration of the first boss 400 will be described below.

제1 및 제2 보스(400, 500)는, 동체(1000)의 유체 출입구를 형성하기 위해 구성될 수 있고, 돔의 내측에 결합되되, 접착제와 볼트 및 기밀용 씰을 이용하여 돔과 결합될 수 있다. The first and second bosses 400 and 500 may be configured to form a fluid entrance of the fuselage 1000, and may be coupled to the inside of the dome using adhesives, bolts, and airtight seals. You can.

보다 구체적으로 제1 보스(400)는 상부 돔(200)에 결합되는 돔 결합부(410)와, 제1 보스캡(610)에 결합되며 유체유동홀(450)이 형성된 캡 결합부(420)로 구분될 수 있다. 제1 보스(400)는 두께가 있는 원판 형으로 이루어지며, 반경 방향 외측에 돔 결합부(410)가 형성되고, 반경 방향 내측에 캡 결합부(420)가 형성된다. More specifically, the first boss 400 includes a dome coupling portion 410 coupled to the upper dome 200, and a cap coupling portion 420 coupled to the first boss cap 610 and having a fluid flow hole 450. It can be divided into: The first boss 400 is formed in the shape of a thick disk, and a dome coupling portion 410 is formed on the radial outer side, and a cap coupling portion 420 is formed on the radial inner side.

돔 결합부(410)는 반경 방향 외측 단부에서 내측으로 일정영역 돔과의 접착 결합을 위한 접착면(411)이 형성되고, 접착면(411)의 반경 방향 내측에 돔과의 볼팅 결합을 위한 제1 볼팅결합부(412)가 형성된다. 또한, 접착면(411)과 제1 볼팅결합부(412) 사이에는 제1 씰(미도시)이 삽입되는 제1 씰 그루브(415)가 형성될 수 있다. 제1 씰 그루브(415)는 제1 보스(400)의 외면에서 내측으로 함몰 형성될 수 있다. 상기 제1 씰은 보스와 돔 사이의 밀폐력을 향상시키기 위해 구비될 수 있다. The dome coupling portion 410 has an adhesive surface 411 formed for adhesive bonding with the dome in a certain area from the radial outer end to the inner side, and an adhesive surface 411 for bolting bonding with the dome is formed on the radial inner side of the adhesive surface 411. 1 Bolting coupling portion 412 is formed. Additionally, a first seal groove 415 into which a first seal (not shown) is inserted may be formed between the adhesive surface 411 and the first bolting coupling portion 412. The first seal groove 415 may be recessed inward from the outer surface of the first boss 400. The first seal may be provided to improve the sealing force between the boss and the dome.

캡 결합부(420)는 돔 결합부(410)의 반경 방향 내측에 형성되되 두께 방향 외측으로 돌출 형성될 수 있다. 캡 결합부(420)는 반경 방향 외측에 보스캡과 볼팅 결합을 위한 제2 볼팅결합부(421)가 형성될 수 있다. 또한, 제2 볼팅결합부(421)의 반경 방향 내측에는, 제2 씰(미도시)이 삽입되는 제2 씰 그루브(425)가 형성될 수 있다. 제2 씰 그루브(425)는 제1 보스(400)의 외면에서 내측으로 함몰 형성될 수 있다. 상기 제2 씰은 보스와 보스 캡 사이의 밀폐력을 향상시키기 위해 구비될 수 있다.The cap coupling portion 420 may be formed on the radial inner side of the dome coupling portion 410 and may protrude outward in the thickness direction. The cap coupling portion 420 may have a second bolting coupling portion 421 formed on the outer side in the radial direction for bolting coupling with the boss cap. Additionally, a second seal groove 425 into which a second seal (not shown) is inserted may be formed on the radial inner side of the second bolting coupling portion 421. The second seal groove 425 may be recessed inward from the outer surface of the first boss 400. The second seal may be provided to improve the sealing force between the boss and the boss cap.

상기 제1 및 제2 씰은, 돔과 실린더의 볼팅 결합을 위한 볼트의 PCD 보다 큰 내경을 갖고, 1~ 3개까지 사용될 수 있다.The first and second seals have an inner diameter larger than the PCD of the bolt for bolting the dome and the cylinder, and can be used in numbers of 1 to 3.

씰이 복수 개 배치되는 경우 직경이 각각 다른 씰을 동심 구조로 겹치지 않도록 배치하여 적용이 가능하다. 제1 및 제2 씰 그루브 역시 씰의 개수에 맞게 형성될 수 있다. When multiple seals are arranged, seals with different diameters can be applied by arranging them in a concentric structure so that they do not overlap. The first and second seal grooves may also be formed to match the number of seals.

도 9에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료탱크와 산화제탱크를 포함하는 우주발사체 동체(2000)의 단면사시도가 도시되어 있고, 도 10에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료탱크와 산화제탱크를 포함하는 우주발사체 동체(2000)의 단면측면도가 도시되어 있다. Figure 9 shows a cross-sectional perspective view of the space launch vehicle fuselage 2000 including a fuel tank and an oxidizer tank according to an embodiment of the present invention, and Figure 10 shows a fuel tank and an oxidizer tank according to an embodiment of the present invention. A cross-sectional side view of the space launch vehicle fuselage 2000 including the tank is shown.

도시된 바와 같이 우주발사체 동체(2000)는 산화제가 수용되는 산화제탱크(2100)와 연료가 수용되는 연료탱크(2200)를 포함한다. 산화제탱크(2100)와 연료탱크(2200)는 상술된 우주발사체 동체(1000)로 이루어질 수 있다. As shown, the space launch vehicle fuselage 2000 includes an oxidizer tank 2100 that accommodates an oxidizer and a fuel tank 2200 that accommodates fuel. The oxidizer tank 2100 and the fuel tank 2200 may be made of the space launch vehicle body 1000 described above.

따라서 우주발사체 동체(2000)는 상술된 동체(1000)를 이용해 제작된 산화제탱크(2100)와 연료탱크(2200)를 길이 방향으로 결합하여 구성될 수 있다. Therefore, the space launch vehicle fuselage 2000 can be constructed by combining the oxidizer tank 2100 and the fuel tank 2200, which are manufactured using the above-described fuselage 1000, in the longitudinal direction.

산화제탱크(2100)와 연료탱크(2200)는 각각 하나의 동체(1000)로 이루어질 수 있고, 산화제탱크(2100)의 하측과 연료탱크(2200)의 상측 실린더의 단부 사이에 링 조인트(2500)를 이용하여 결합할 수 있다.The oxidizer tank 2100 and the fuel tank 2200 may each be made of one body 1000, and a ring joint 2500 is provided between the lower side of the oxidizer tank 2100 and the end of the upper cylinder of the fuel tank 2200. It can be combined using .

이때, 연료탱크(2200)의 내부에는, 산화제탱크(2100)의 산화제를 동체(2000)의 하측에 위치한 연소실로 전달하기 위한 산화제이송관(2300)이 구비될 수 있다. At this time, an oxidizing agent transfer pipe 2300 may be provided inside the fuel tank 2200 to transfer the oxidizing agent from the oxidizing agent tank 2100 to the combustion chamber located on the lower side of the fuselage 2000.

또한, 산화제탱크(2100)와 연료탱크(2200)의 연결부에 위치한 실린더 상에는 내부 확인이 가능한 작업창(2400)이 구비될 수 있다. Additionally, a work window 2400 through which the interior can be viewed may be provided on the cylinder located at the connection between the oxidizer tank 2100 and the fuel tank 2200.

도 11에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주발사체 동체의 제조 방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있다. Figure 11 shows a flow chart showing a method of manufacturing a space launch vehicle fuselage according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주발사체 동체의 제조 방법은 우선 섬유강화 복합재를 이용하여 실린더를 성형하는 단계(S11)와, 섬유강화 복합재를 이용하여 상부 돔을 성형하는 단계(S12)와, 섬유강화 복합재를 이용하여 하부 돔을 성형하는 단계(S13)를 수행한다. 또한, 금속재를 이용하여 배플을 가공하는 단계(S21)와, 금속재를 이용하여 제1 및 제2 보스를 가공하는 단계(S22)를 수행한다. Referring to FIG. 11, the method of manufacturing a space launch vehicle fuselage according to an embodiment of the present invention includes first forming a cylinder using a fiber-reinforced composite material (S11), and forming an upper dome using a fiber-reinforced composite material. (S12) and the step (S13) of forming the lower dome using a fiber-reinforced composite material. Additionally, a step of processing a baffle using a metal material (S21) and a step of processing the first and second bosses using a metal material (S22) are performed.

상기 S11, S12, S13, S21, S22 단계는 순차적으로 또는 역순으로 또는 랜덤으로 또는 동시에 진행될 수 있다. Steps S11, S12, S13, S21, and S22 may be performed sequentially, in reverse order, randomly, or simultaneously.

또한, 실린더와 돔이 적절한 규격으로 성형 되었는지 검사하는 단계(S15)를 더 포함할 수 있다. In addition, a step (S15) of inspecting whether the cylinder and dome have been molded to appropriate standards may be further included.

다음으로 실린더에 배플을 접착하는 단계(S31)와, 상부 돔에 제1 보스를 접착하는 단계(S32)와, 하부 돔에 제2 보스를 접착하는 단계(S33)를 수행한다. Next, the steps of adhering the baffle to the cylinder (S31), adhering the first boss to the upper dome (S32), and adhering the second boss to the lower dome (S33) are performed.

상기 S31, S32, S33 단계는 순차적으로 또는 역순으로 또는 랜덤으로 또는 동시에 진행될 수 있다.Steps S31, S32, and S33 may be performed sequentially, in reverse order, randomly, or simultaneously.

다음으로 실린더의 일측에 상부 돔을 접착하는 단계(S41) 및 실린더의 타측에 하부 돔을 접착하는 단계(S42)를 수행한다. Next, the step of adhering the upper dome to one side of the cylinder (S41) and the step of adhering the lower dome to the other side of the cylinder (S42) are performed.

상기 S41 및 S42 단계는 순차적으로 또는 역순으로 진행될 수 있다.Steps S41 and S42 may be performed sequentially or in reverse order.

최종적으로 실린더와 돔 조립체로 이루어진 동체의 접합 및 결합상태를 검사하는 단계(S50)를 수행한다. Finally, a step (S50) is performed to inspect the bonding and connection state of the fuselage consisting of the cylinder and dome assembly.

본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The technical idea of the present invention should not be interpreted as limited to the above-described embodiments. Not only is the scope of application diverse, but various modifications can be made at the level of those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Therefore, such improvements and changes fall within the scope of protection of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.

1000, 2000 : 우주발사체 동체
100 : 실린더
200 : 상부 돔
300 : 하부 돔
400 : 제1 보스
410 : 돔 결합부
411 : 접착면
412 : 제1 볼팅결합부
415 : 제1 씰 그루브
420 : 캡 결합부
421 : 제2 볼팅결합부
425 : 제2 씰 그루브
450 : 유체유동홀
500 : 제2 보스
610 : 제1 보스캡
620 : 제2 보스캡
700 ; 와류방지배플
800 : 단열재
900 : 배플
910 : 밑판
911 : 제1 절곡면
912 : 제2 절곡면
920 : 측판
921 : 결합면
2100 : 산화제 탱크
2200 : 연료 탱크
2300 : 산화제 이송관
2400 : 작업창
2500 : 링조인트
1000, 2000: Space launch vehicle fuselage
100: cylinder
200: upper dome
300: lower dome
400: 1st boss
410: Dome joint
411: Adhesive side
412: first bolting joint
415: first seal groove
420: cap coupling part
421: Second bolting joint
425: second seal groove
450: fluid flow hole
500: 2nd boss
610: 1st boss cap
620: 2nd boss cap
700 ; Vortex prevention baffle
800: insulation material
900: Baffle
910: Bottom plate
911: first bending surface
912: second bending surface
920: side plate
921: mating surface
2100: Oxidizer tank
2200: fuel tank
2300: Oxidizing agent transfer pipe
2400: Task window
2500: Ring joint

Claims (20)

내부에 연료 또는 산화제가 수용되는 공간이 형성된 우주발사체의 동체에 있어서,
내부에 연료 또는 산화제가 수용되는 공간이 형성되고, 길이 방향 양측이 개방 형성된 실린더; 및
상기 실린더의 양측에 각각 결합되는, 상부 돔 및 하부 돔을 포함하고,
내부에 연료 또는 산화제가 충진되는 탱크 역할을 수행함과 동시에 동체의 외면을 형성하는 동체 일체형으로 구성되고,
상기 상부 돔 및 하부 돔은,상기 실린더의 내면에 접착 결합되며, 반경 방향 외측 둘레를 따라 길이 방향으로 연장 형성된 접합부를 더 포함하고, 상기 접합부의 반경방향 외측면이 상기 실린더의 내면에 맞닿아 접착 부재를 통해 결합되되,
상기 접합부는 길이가 최소화되도록 상기 접합부의 길이(H)는 아래 수식 1을 통해 산출되는, 초경량 우주발사체 동체.

In the fuselage of a space launch vehicle formed with a space inside to accommodate fuel or oxidizer,
A cylinder having a space inside for accommodating fuel or oxidizer and having both longitudinal sides open; and
Comprising an upper dome and a lower dome respectively coupled to both sides of the cylinder,
It is composed of an integrated fuselage type that serves as a tank filled with fuel or oxidizer inside and forms the outer surface of the fuselage,
The upper dome and the lower dome are adhesively coupled to the inner surface of the cylinder and further include a joint extending longitudinally along a radial outer circumference, and the radial outer surface of the joint is adhered to the inner surface of the cylinder. Combined through absence,
An ultra-light space launch vehicle fuselage where the length (H) of the joint is calculated using Equation 1 below so that the joint has a length minimized.

제 1항에 있어서,
상기 실린더, 상부 돔 및 하부 돔은,
섬유강화 복합재 프리프레그를 복수 층 적층한 라미네이트 구조로 이루어진, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 1,
The cylinder, upper dome and lower dome are,
An ultra-light space launch vehicle fuselage made of a laminate structure made of multiple layers of fiber-reinforced composite prepreg.
제 1항에 있어서,
상기 상부 돔 및 하부 돔은,
상기 실린더의 내부에 삽입되어 결합되는, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 1,
The upper dome and lower dome are,
An ultra-light space launch vehicle fuselage that is inserted and coupled to the interior of the cylinder.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 상부 돔 및 하부 돔은,
연료 또는 산화제의 유출입을 위한 제1 개방홀이 형성되되, 상기 제1 개방홀에는, 섬유강화 복합재 또는 금속 재질의 보스가 결합되는, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 1,
The upper dome and lower dome are,
An ultra-light space launch vehicle fuselage in which a first open hole is formed for the inflow and outflow of fuel or oxidant, and a boss made of fiber-reinforced composite or metal is coupled to the first open hole.
제 5항에 있어서,
상기 보스는 연료 또는 산화제의 유출입을 위한 제2 개방홀이 형성되되, 상기 제2 개방홀에는, 섬유강화 복합재 또는 금속 재질의 보스캡이 결합되는, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 5,
The boss is formed with a second open hole for the inflow and outflow of fuel or oxidant, and a boss cap made of fiber-reinforced composite or metal is coupled to the second open hole.
제 5항에 있어서,
상기 보스는,
반경 방향 외측 둘레가 상기 제1 개방홀의 둘레에 결합되되, 외면이 상기 제1 개방홀의 내면에 맞닿아 결합되는, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 5,
The boss said,
An ultra-light space launch vehicle body whose radial outer circumference is coupled to the circumference of the first open hole, and whose outer surface is coupled to the inner surface of the first open hole.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 상부 돔 또는 하부 돔은,
타원 형 또는 토리구 형 돔의 형태로 이루어지며,
장축 대 단축 비율은 1: 0.3~ 1: 0.7 인 것을 특징으로 하는, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 1,
The upper dome or lower dome,
It is made in the form of an oval or toric dome,
An ultra-light space launch vehicle fuselage, characterized in that the ratio of the major axis to the minor axis is 1: 0.3 to 1: 0.7.
제 1항에 있어서,
상기 실린더는,
내면에 반경 방향 내측으로 돌출되는 배플이 구비되며,
상기 배플은,
'ㄷ' 자형으로 이루어진, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 1,
The cylinder is,
A baffle protruding radially inward is provided on the inner surface,
The baffle is,
An ultra-light space launch vehicle fuselage consisting of a 'ㄷ' shape.
제 10항에 있어서,
상기 배플은,
밑판과, 상기 밑판의 폭 방향 양측에서 길이 방향으로 연장된 한 쌍의 측판을 포함하고,
상기 밑판은 반경 방향 내측 또는 외측에서 상방 또는 하방으로 절곡된 절곡면이 형성되고,
상기 측판은 반경 방향 외측에서 원주 방향 내측 또는 외측으로 절곡된 결합면이 형성된, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 10,
The baffle is,
It includes a bottom plate and a pair of side plates extending in the longitudinal direction on both sides of the bottom plate in the width direction,
The bottom plate is formed with a curved surface bent upward or downward on the inside or outside in the radial direction,
The side plate is an ultra-light space launch vehicle fuselage in which a coupling surface is formed that is bent from the radial outer side to the circumferential inner or outer side.
제 6항에 있어서,
상기 보스는,
반경 방향 외측에 형성되되, 상기 상부 돔 또는 상기 하부 돔에 결합되는 돔 결합부와, 반경 방향 내측에 형성되되, 상기 보스캡에 결합되는 캡 결합부로 구성되는, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 6,
The boss said,
An ultra-light space launch vehicle body composed of a dome coupling portion formed on the radial outer side and coupled to the upper dome or the lower dome, and a cap coupling portion formed on the radial inner side and coupled to the boss cap.
제 12항에 있어서,
상기 돔 결합부는,
반경 방향 외측 단부에서 내측으로 일정영역 돔과의 접착 결합을 위해 형성된, 접착면;
상기 접착면의 반경 방향 내측에 돔과의 볼팅 결합을 위한 제1 볼팅결합부 및
상기 접착면과 제1 볼팅결합부 사이 형성되며, 씰이 삽입되는 제1 씰 그루브를 포함하고,
상기 캡 결합부는,
반경 방향 외측에 보스캡과 볼팅 결합을 위한 제2 볼팅결합부; 및
상기 제2 볼팅결합부의 반경 방향 내측에는, 제2 씰이 삽입되는 제2 씰 그루브를 포함하는, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 12,
The dome joint is,
An adhesive surface formed for adhesive bonding with the dome in a certain area from the radial outer end to the inner side;
A first bolting coupling portion for bolting coupling with the dome on the radial inner side of the adhesive surface, and
It is formed between the adhesive surface and the first bolting joint, and includes a first seal groove into which the seal is inserted,
The cap coupling part,
A second bolting coupling portion for bolting the boss cap to the outer radial direction; and
The ultra-light space launch vehicle fuselage includes a second seal groove into which the second seal is inserted, on the radial inner side of the second bolting coupling portion.
제 1항에 있어서,
상기 상부 돔의 외측에는,
단열을 위한 단열재가 구비되는, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 1,
Outside the upper dome,
Ultra-light space launch vehicle fuselage equipped with insulation material for insulation.
산화제가 수용되며 길이 방향 양측이 개방 형성된 실린더와, 상기 실린더의 양측에 각각 결합되는, 상부 돔 및 하부 돔을 포함하고, 탱크 역할을 수행함과 동시에 동체의 외면을 형성하는 동체 일체형으로 구성된 산화제 탱크;
상기 산화제 탱크의 하측에 결합되며, 연료가 수용되고 길이 방향 양측이 개방 형성된 실린더와, 상기 실린더의 양측에 각각 결합되는, 상부 돔 및 하부 돔을 포함하고, 탱크 역할을 수행함과 동시에 동체의 외면을 형성하는 동체 일체형으로 구성된 연료 탱크;
상기 산화제를 상기 연료 탱크의 하측으로 이송하도록 상측이 상기 산화제 탱크에 연결되고, 하측이 상기 연료 탱크를 관통하는 산화제 이송관; 및
상기 산화제 탱크의 하측과 상기 연료 탱크의 상측 실린더의 단부 사이에 구비되되, 상기 산화제 탱크와 상기 연료 탱크 사이에 공간이 형성되도록 상기 산화제 탱크와 상기 연료 탱크를 연결하는 링 조인트를 포함하고,
상기 산화제 이송관의 상측이 상기 공간에 노출되는, 초경량 우주발사체 동체.
An oxidizing agent tank, which includes a cylinder that accommodates an oxidizing agent and is open on both sides in the longitudinal direction, an upper dome and a lower dome respectively coupled to both sides of the cylinder, and is integrally formed with the fuselage, which serves as a tank and forms the outer surface of the fuselage;
It is coupled to the lower side of the oxidizer tank, and includes a cylinder that accommodates fuel and has both longitudinal sides open, and an upper dome and a lower dome that are coupled to both sides of the cylinder, and serves as a tank and at the same time forms an outer surface of the fuselage. A fuel tank formed integrally with the fuselage;
an oxidizing agent transfer pipe whose upper side is connected to the oxidizing agent tank and whose lower side penetrates the fuel tank to transport the oxidizing agent to the lower side of the fuel tank; and
It is provided between the lower side of the oxidizer tank and the end of the upper cylinder of the fuel tank, and includes a ring joint connecting the oxidizer tank and the fuel tank to form a space between the oxidizer tank and the fuel tank,
An ultra-light space launch vehicle fuselage where the upper side of the oxidizing agent transfer pipe is exposed to the space.
제 15항에 있어서,
상기 초경량 우주발사체 동체는,
상기 산화제 탱크의 하측과 상기 연료 탱크의 상측 실린더의 단부 사이에 구비되어 상기 산화제 탱크와 상기 연료 탱크를 연결하는 링 조인트;
를 더 포함하는, 초경량 우주발사체 동체.
According to clause 15,
The ultra-light space launch vehicle fuselage is,
a ring joint provided between the lower side of the oxidizing agent tank and an end of the upper cylinder of the fuel tank to connect the oxidizing agent tank and the fuel tank;
Ultralight space launch vehicle fuselage, further comprising:
제 1항 또는 제 15항의 초경량 우주발사체 동체의 제조 방법에 있어서,
섬유강화 복합재를 이용해 실린더를 성형하는 단계;
섬유강화 복합재를 이용해 돔을 성형하는 단계;
상기 실린더에 배플을 접착하는 단계;
상기 돔에 보스를 접착하는 단계; 및
상기 돔을 실린더에 접착하는 단계;
를 포함하는, 초경량 우주발사체 동체의 제조 방법.
In the method of manufacturing the ultra-light space launch vehicle fuselage of claim 1 or 15,
Forming a cylinder using a fiber-reinforced composite material;
Forming a dome using a fiber-reinforced composite material;
Adhering a baffle to the cylinder;
Adhering a boss to the dome; and
Adhering the dome to the cylinder;
Method for manufacturing an ultra-light space launch vehicle fuselage, including.
제 17항에 있어서,
상기 섬유강화 복합재를 이용해 실린더를 성형하는 단계와 상기 섬유강화 복합재를 이용해 돔을 성형하는 단계 또는 상기 실린더에 배플을 접착하는 단계와 상기 돔에 보스를 접착하는 단계는,
순차적, 역순 또는 동시에 이루어지는, 초경량 우주발사체 동체의 제조 방법.
According to clause 17,
The step of forming a cylinder using the fiber-reinforced composite material and the step of forming a dome using the fiber-reinforced composite material, or the step of adhering a baffle to the cylinder and the step of adhering a boss to the dome,
A method of manufacturing an ultralight space launch vehicle fuselage, performed sequentially, in reverse order, or simultaneously.
제 1항 또는 제 15항의 초경량 우주발사체 동체의 제조 방법에 있어서,
섬유강화 복합재를 이용하여 실린더를 성형하는 제1 단계;
섬유강화 복합재를 이용하여 상부 돔을 성형하는 제2 단계;
섬유강화 복합재를 이용하여 하부 돔을 성형하는 제3 단계;
섬유강화 복합재 또는 금속재를 이용하여 배플을 가공하는 제4 단계;
섬유강화 복합재 또는 금속재를 이용하여 보스를 가공하는 제5 단계;
상기 실린더에 상기 배플을 접착하는 제6 단계;
상기 상부 돔 및 하부 돔에 보스를 접착하는 제7 단계;
상기 실린더의 일측에 상기 상부 돔을 접착하는 제8 단계; 및
상기 실린더의 타측에 하부 돔을 접착하는 제9 단계;
를 포함하는, 초경량 우주발사체 동체의 제조 방법.
In the method of manufacturing the ultra-light space launch vehicle fuselage of claim 1 or 15,
A first step of forming a cylinder using a fiber-reinforced composite material;
A second step of forming the upper dome using a fiber-reinforced composite material;
A third step of forming the lower dome using fiber-reinforced composite material;
A fourth step of processing the baffle using fiber-reinforced composite or metal material;
A fifth step of processing the boss using fiber-reinforced composite or metal material;
A sixth step of adhering the baffle to the cylinder;
A seventh step of adhering bosses to the upper and lower domes;
An eighth step of adhering the upper dome to one side of the cylinder; and
A ninth step of adhering the lower dome to the other side of the cylinder;
Method for manufacturing an ultra-light space launch vehicle fuselage, including.
제 19항에 있어서,
상기 제1 내지 제5 단계, 상기 제6 단계와 제7 단계, 또는 제8 단계와 제9 단계는,
순차적으로 또는 역순으로 또는 랜덤으로 또는 동시에 진행되는, 초경량 우주발사체 동체의 제조 방법.
According to clause 19,
The first to fifth steps, the sixth step and the seventh step, or the eighth step and the ninth step,
A method of manufacturing an ultralight space launch vehicle fuselage that is carried out sequentially, in reverse order, randomly, or simultaneously.
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