KR20070061147A - 하중적응형 중력보상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 고정 구조물에 결합되는 본체; 상기 본체에 지지되며, 선형 이동가능하게 구비되는 구동부재; 일단은 상기 본체와 연결되고, 타단은 상기 구동부재와 연결되어, 내부에 유체를 저장하는 유체저장체; 상기 유체저장체와 연통되어 상기 유체저장체 내부의 유체 압력을 조절하는 압력조절수단을 포함한다.

본 발명은 무중력상태를 간편하게 묘사할 수 있는 단순한 구조를 제공하며, 이에 따라 중력보상장치의 제작 및 운용비용이 절감되고, 시험체의 하중이 변함에 따라 신속하면서 손쉽게 중력보상이 이루어질 수 있으며, 시험체에 무리한 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있고, 위성제작환경에서 요구되는 청정성에도 적합하며, 제한된 공간내에서 설치 및 운용이 가능한 효과가 있다.

중력보상, 하중, 유체저장체, 벨로우즈, 기압, 안테나

Description

하중적응형 중력보상장치{WEIGHT-ADAPTIVE GRAVITY COMPENSATING DEVICE}

도1은 본 발명에 따른 제1실시예를 보인 사시도.

도2는 도1의 정면도.

도3은 본 발명에 따른 제2실시예를 보인 정면도.

도4는 본 발명에 따른 하중적응형 중력보상장치의 사용상태도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 본체 11 : 지지부

12, 23 : 연결고리 20 : 구동부재

21 : 수직축 22 : 수평축

30 : 유체저장체 31 : 판재

40 : 기계식 하중지시수단 41 : 지침바늘

42 : 눈금부 43 : 구속수단

50 : 압력계 60 : 전자식 하중지시수단

70 : 압력조절수단 100 : 하중적응형 중력보상장치

200 : 위성용 안테나 300 : 구조물

400 : 거치대 500 : 검출수단

1000 : 청정실 1100 : 구동전원부

1200 : 콘트롤러 1300 : 제어부

2000 : 제어실

본 발명은 중력보상장치에 관한 것으로, 위성용 안테나를 포함한 위성체의 지상시험 시, 우주를 유영할 시의 무중력 상태와 최대한 가깝도록 단순한 구성으로 구현하고, 위성체, 특히 위성용 안테나의 중력에 의한 변형을 방지하며, 그로 인한 성능변화를 최소화한 상태에서 작동 및 성능 시험이 이루어질 수 있도록 하고, 위성제작환경에서 요구되는 청정성에 적합하며, 다양한 하중에 적용가능한 하중적응형 중력보상장치(이하, ‘중력보상장치’라 칭함)에 관한 것이다.

일반적으로, 무중력환경에서 작동하는 태양전지판이나 위성용 안테나(이하, ‘시험체’라 칭함)는 위성발사시 접혀진 상태로 우주궤도에 진입한 후, 전개장치의 작동에 의해 펼쳐진다. 따라서, 탑재장비의 이상유무를 사전에 확인하기 위하여 위성발사 전에 지상에서 모든 성능검증 및 환경시험이 이루어 져야 한다. 이때, 실제 우주환경인 무중력 상태를 지상에서 구현해 주어야 환경의 차이에 기인한 성능의 왜곡을 최소화 할 수 있으며, 검증절차의 정당성을 확보할 수 있다.

이러한 무중력 상태를 지상에서 구현하는 방법으로서, 헬륨 등으로 충진하여 시험체의 하중에 대응되는 부력에 의해 중력보상하는 풍선식, 지지구조물에 설치된 마찰이 작은 도르래를 매개로 시험체의 반대편에 연결된 스프링 또는 균형추의 하중에 의해 중력보상하는 커튼식 및 공기부양정같은 원리로 평판형 구조물의 작은 통기성 구멍을 통해 주입된 공기의 압력에 의해 중력보상하는 공기부양식이 있다.

그런데, 상기 풍선식의 경우, 중력보상된 무중력 상태를 구현하기 위해서는 상당한 부피의 풍선이 요구되며, 이에 따라 통상 10m이상 높이의 청정실 공간이 요구되는 문제점이 있다. 또한, 성능시험이 실시되는 공간내에서 공기조화장치에 의해 형성된 항온항습 및 청정환경을 구현하는 순환공기에 의해 상기 풍선은 요동치게 되고, 이러한 현상은 성능시험의 정밀도를 저하시키며, 이에 따라 때때로 실험하는 도중 공기조화장치의 작동을 정지시키는 등의 번거로움이 있다.

또한, 상기 커튼식의 경우, 시험체의 상부에 거치대를 설치하고, 마찰계수가 적은 도르래를 매개로 스프링이나 균형추를 시험체의 반대편에 배치하여 스프링의 탄성계수나 균형추의 하중의 조절에 의해 중력보상하므로, 거치대의 구조가 복잡하고, 설치가 용이하지 않을 뿐만 아니라 보상하중의 세밀하고 정확한 조정이 어려운 문제점이 있다.

또한, 상기 공기부양식의 경우, 압축공기를 발생시켜 공급하는 압축기, 공기압 조절장치, 미소 통기성 구멍을 통하여 압축공기를 주입하는 평판형 구조물 및 중력보상하중에 상응하는 면적의 부양기구물 등이 필요하므로 장치가 복잡해지고, 많은 제작 및 운용 비용이 소요되며, 소음 및 공기압 변동에 의한 진동 등의 문제 점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단순한 구조를 가지며, 시험체의 하중이 변함에 따라 신속하면서 손쉽게 중력보상이 이루어질 수 있고, 소음 및 진동이 없는 우주공간에 최대한 가까운 청정환경에서 중력보상시험을 행하며, 제작 및 운용비용이 적게 들어가고, 제한된 공간내에서 설치 및 운용이 가능한 중력보상장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 외부 고정 구조물에 결합되는 본체; 상기 본체에 지지되며, 선형 이동가능하게 구비되는 구동부재; 일단은 상기 본체와 연결되고, 타단은 상기 구동부재와 연결되며, 내부에 유체를 저장하는 유체저장체; 및 상기 유체저장체와 연통되어 상기 유체저장체 내부의 유체 압력을 조절하는 압력조절수단을 포함한다.

상기 본체는 상기 본체에 형성되어 상기 본체를 상기 외부 고정 구조물과 연결시키는 연결부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 구동부재는 상기 본체를 관통하여 선형이동하는 수직축 및 상기 수직축과 교차 형성되어 상기 수직축과 함께 이동되는 수평축인 것이 바람직하다.

상기 유체저장체의 일단은 상기 본체의 저면부에 연결되고, 상기 유체저장체의 타단은 상기 수평축에 연결되는 것이 바람직하다.

상기 본체와 일부는 회전가능하게 연결되고, 첨단부의 반대 단부는 상기 수평축의 일단에 연결되어 시험체 하중의 정도를 지시하는 지침바늘 및 상기 본체에 형성되며, 상기 지침바늘의 첨단부에 대응되는 눈금부로 이루어진 기계식 하중지시수단을 더 포함할 수 있다.

상기 구동부재상에 설치되고, 실시간으로 시험체의 하중을 가리키는 로드셀을 포함한 전자식 하중지시수단을 더 포함할 수 있다.

상기 유체저장체는 벨로우즈 또는 유체실린더 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 압력조절수단은 펌핑에 의해 유체를 주입 또는 배출시키는 수동압력조절기이며, 상기 유체저장체와 연통되어 상기 유체저장체내의 압력을 표시하는 압력계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 제1실시예를 보인 사시도이고, 도2는 도1의 정면도이다.

도1 및 도2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 하중적응형 중력보상장치(100)는 외부의 고정된 구조물에 끼움 결합되어 시험체 및 장치의 하중을 안정적으로 지탱하는 본체(10); 상기 본체(10)와 선형인 상·하방향으로 슬라이딩되도록 연결되는 구동부재(20); 일단은 상기 본체(10)와 연결되고, 타단은 상기 구동부재(20)와 연결되어, 내부에 유체를 저장하고, 시험체의 하중에 대응되는 중력보상 력을 상기 구동부재(20)에 전달하는 한쌍의 유체저장체(30); 및 상기 유체저장체(30)와 연통되어 상기 유체저장체(30) 내부의 유체 압력을 조절하는 압력조절수단(70)을 포함한다.

상기 본체(10)는 정면에서 봤을 경우, 사각틀 형상을 가지고, 상기 구동부재(20)의 하단 반대편에 위치하는 상기 본체(10)의 상부에 형성되어 중력보상장치(100) 또는 중력보상장치(100)와 시험체의 하중을 지지하는 지지부(11) 및 상기 지지부(11)의 상부에 형성되고, 상기 지지부(10)와 함께 상기 본체(10)를 외부 고정 구조물에 연결시키는 연결고리(12)로 이루어진 연결부를 더 포함한다.

이때, 상기 지지부(11) 및 연결고리(12)는 외부 고정 구조물과 연결되는 부분을 중심으로 중력보상장치(100)가 기울어지지 않도록 상기 본체(10)의 상부 중심부에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 구동부재(20)는 하단에 시험체를 연결하는 끈이 묶어지는 연결고리(23)가 형성되고, 상기 본체(10)의 상·하부를 관통하여 선형으로 상·하 이동하는 수직축(21) 및 상기 수직축(21)과 교차 형성되어 상기 수직축(21)과 함께 이동되는 수평축(22)을 포함한다. 이때, 수직축(21)이 수직축(21)을 기준으로 회전하지 않도록 상기 수직축(21)의 횡단면은 사각형상과 같은 각진 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이때, 상기 수직축(21)과 상기 본체(10)와의 접촉부에는 마찰이 적도록 메탈베어링과 같은 부품이 적용될 수 있다.

상기 한쌍의 유체저장체(30)는 각각 상·하단에 형성된 판재(31)를 포함하고, 각 유체저장체(30)의 하단에 형성된 판재(31)는 상기 본체(10)의 저면부에 고 정되고, 각 유체저장체(30)의 상단에 형성된 판재(31)는 상기 수평축(22)에 고정되어 시험체의 하중에 대응하는 중력보상력이 상기 구동부재(20)에 전달되도록 한다.

이때, 상기 유체저장체(30)는 유압용이나 기압용으로 쓰이는 유체실린더보다는 단순한 구조 및 저렴한 부품비를 갖으며, 고무 또는 실리콘 재질로 이루어져 신축성을 갖는 벨로우즈(bellows)가 바람직하다.

또한, 상기 유체저장체(30)의 내부에는 액체 또는 기체상태의 유체가 주입될 수 있지만, 상기 유체는 시험체의 변형 및 성능변화에 영향을 주는 무리한 힘이 가해지지 않도록 완충작용을 할 수 있는 팽창·압축가능한 기체(공기)인 것이 바람직하다. 특히, 이러한 기체는 위성체의 시험이나 조립은 청정도 100,000급의 청정실에서 수행되고, 먼지 또는 기름입자가 렌즈를 포함한 광학장비 또는 태양전지판의 표면에 부착되면 우주공간에서 그 기능이 급속히 저하되기 때문에 유압장치나 윤활유를 사용하는 장치의 사용이 엄격히 제한되는 등의 위성체 작업 특성에 부합한다.

한편, 상술한 실시예와는 달리, 상기 유체저장체(30)는 각 유체저장체(30)의 상단에 형성된 판재(31)는 상기 본체(10)의 상면부에 고정되고, 각 유체저장체(30)의 하단에 형성된 판재(31)는 상기 수평축(22)에 고정되는 식으로도 위치될 수 있다. 또한, 유체저장체(30)의 개체수는 필요에 따라 안정적 기능 및 효율 등을 만족시키는 범위내에서 다양하게 조절되어 본 중력보상장치는 구성될 수 있다.

상기 압력조절수단(70)은 압축기와 같은 자동압력조절기일 수 있지만, 보다 단순한 구조, 저비용 및 친청정성을 갖도록 수동식 혈압계 등에서 볼 수 있는 것과 같이, 펌핑에 의해 유체의 주입 또는 배출 가능한 수동압력조절기인 것이 바람직하 며, 상기 각 유체저장체(30)의 내부와 연통된 관부(51)와 연결되어 각 유체저장체(30)로 유체가 주입되도록 하거나, 각 유체저장체(30)에서 유체가 배출되도록 한다.

이때, 한쌍의 관부(51)에는 각각 유체저장체(30)의 내압을 알려주는 압력계(50)가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 중력보상장치(100)는 하중지시수단을 더 포함하는데, 가장 간단한 구조로서, 상기 수평축(22)의 일단과 고정되어 시험체 하중의 정도에 따라 수평축(22)과 함께 상·하이동하면서, 시험체 하중의 정도를 더 세밀하게 확대하여 파악할 수 있도록 지시하는 지침바늘(41) 및 상기 지침바늘(41) 첨단부의 이동영역에 대응되도록 본체(10)의 전면에 형성되는 눈금부(42)로 이루어진 기계식 하중지시수단을 더 포함할 수 있다.

본 제1실시예에서는, 상기 수평축의 일단에 가까운 상기 지침바늘의 단부가 상기 단부를 중심으로 핀과 같은 구속수단(43)에 의해 회전가능하게 구속되고, 상기 지침바늘(41)상의 일부가 상기 본체(10)와 핀과 같은 구속수단(43)에 의해 회전가능하게 구속되며, 상기 눈금부(42)는 상기 본체(10)의 외측으로 돌출 형성되고, 상기 지침바늘(41) 첨단부의 지시영역에 대응되는 눈금을 구비하는 반고리형 부재로 형성되어 시험체의 하중 및 중력보상력의 정도를 표시할 수 있도록 한다.

도3은 본 발명에 따른 제2실시예를 보인 정면도이다.

도3에 나타낸 바와 같이, 상기 기계식 하중지시수단 대신 상기 하중지시수단으로서, 상기 구동부재(20) 중 본체(10) 외측에 위치한 수직축(21)의 하부상에 설 치되고, 실시간으로 시험체의 하중을 정밀하게 가리키는 로드셀(load cell)과 같은 전자식 하중지시수단(60)을 더 포함할 수 있다.

도4는 본 발명에 따른 하중적응형 중력보상장치의 사용상태도이다.

도4에 나타낸 바와 같이, 이와같은 구성요소로 이루어진 중력보상장치(100)는 여러가지 시험을 행하는 검출수단(500)을 포함하는 우주환경에 가깝게 구현한 청정실(1000)내에서 거치대(400)상에 위치되는 위성용 안테나(200)의 일부를 매단 끈과 구동부재(20)의 하단부와 연결되고, 본체(10)에 형성된 연결부가 구조물(300)에 연결되는 방식으로 설치된다. 한편, 제어실(2000)에는 상기 검출수단(500) 등에 의해 수집되는 정보를 모니터하는 제어부(1300), 상기 제어부(1300)로부터 발생된 명령에 의해 신호를 관련 작동 장치에 전달하고, 각 관련 수집된 신호를 상기 제어부(1300)로 보내는 콘트롤러(1200) 및 상기 콘트롤러(1200)로부터 인가된 신호에 따라 각 관련 장치에 구동전원 및 신호를 공급하는 구동전원부(1100) 등이 구비된다.

이러한 시험설비에서, 중력보상장치(100)의 초기설치가 완료되면, 압력조절수단(70)의 작동에 의해 유체저장체(30)의 내압이 증가하고, 이에 따라 구동부재(20)가 점진적으로 상승하며, 하중지시수단에 의해 위성용 안테나(200)의 부하 하중이 표시된다. 이때, 상기 구동부재(20) 및 위성용 안테나(200)의 상승속도는 유체저장체(30)의 크기와 시험체의 하중에 따라 적절하게 설정된 기압 및 기량의 기체 투입에 의해 조절되며, 압력계(50) 및 하중조절수단에 의해 각 정보들이 표시된다.

따라서, 본 중력보상장치(100)에 의해 시험체의 하중 변화에 대응하여 손쉽게 제한된 시험공간내에서 시험체의 무중력상태를 구현하여 각 관련 장치 및 구성부로부터 수집된 정보들과 함께 각종 성능 및 변형 시험 등을 수행할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백한 것이다.

본 발명은 위성용 안테나를 포함한 위성체의 지상작동 시험시, 무중력상태를 간편하게 묘사할 수 있는 단순한 구조를 제공하며, 이에 따라 중력보상장치의 제작및 운용 비용이 절감되고, 시험체의 하중이 변함에 따라 신속하면서 손쉽게 중력보상이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기압에 의한 완충작용으로 위성용 안테나의 전개장치에 가해지는 안테나의 하중과 안테나 자체의 중력변형에 의한 성능교란요인을 최소화하는 등 시험체의 성능 및 외형에 영향을 줄 수 있는 무리한 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있고, 기압을 이용하여 위성제작환경에서 요구되는 청정성에도 적합하며, 제한된 공간내에서 설치 및 운용이 가능한 효과가 있다.

Claims (8)

1. 외부 고정 구조물에 결합되는 본체;

   상기 본체에 지지되며, 선형 이동가능하게 구비되는 구동부재;

   일단은 상기 본체와 연결되고, 타단은 상기 구동부재와 연결되며, 내부에 유체를 저장하는 유체저장체; 및

   상기 유체저장체와 연통되어 상기 유체저장체 내부의 유체 압력을 조절하는 압력조절수단을 포함하는

   하중적응형 중력보상장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 본체는

   상기 본체에 형성되어 상기 본체를 상기 외부 고정 구조물과 연결시키는 연결부를 더 포함하는

   하중적응형 중력보상장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 구동부재는

   상기 본체를 관통하여 선형이동하는 수직축 및 상기 수직축과 교차 형성되어 상기 수직축과 함께 이동되는 수평축인

   하중적응형 중력보상장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 유체저장체의 일단은 상기 본체의 저면부에 연결되고,

   상기 유체저장체의 타단은 상기 수평축에 연결되는

   하중적응형 중력보상장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 본체와 일부는 회전가능하게 연결되고, 첨단부의 반대 단부는 상기 수평축의 일단에 연결되어 시험체 하중의 정도를 지시하는 지침바늘 및 상기 본체에 형성되며, 상기 지침바늘의 첨단부에 대응되는 눈금부로 이루어진 기계식 하중지시수단을 더 포함하는

   하중적응형 중력보상장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 구동부재상에 설치되고, 실시간으로 시험체의 하중을 가리키는 로드셀을 포함한 전자식 하중지시수단을 더 포함하는

   하중적응형 중력보상장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유체저장체는 벨로우즈 또는 유체실린더 중 어느 하나인

   하중적응형 중력보상장치.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 압력조절수단은 펌핑에 의해 유체를 주입 또는 배출시키는 수동압력조절기이며, 상기 유체저장체와 연통되어 상기 유체저장체내의 압력을 표시하는 압력계를 더 포함하는

   하중적응형 중력보상장치.

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