KR20210042844A - 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴 및 이의 제조방법 - Google Patents

복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20210042844A
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Abstract

본 발명은 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴, 이를 포함하는 외피 일체형 발사체 추진제 탱크 및 이들의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 외피 일체형 발사체 추진제 탱크는, 복수로 접합되는 이너프레임으로 구성되는 실린더부 및 상기 실린더부의 상단과 하단으로 접합되는 돔프레임으로 구성되는 돔부를 포함하는 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴; 상기 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 외측으로 입히는 원통형의 외피 및 상기 돔프레임 중심부에 형성된 맨홀 덮개결합홀을 밀폐하며, 일측에 유체주입구가 형성된 맨홀 덮개을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴 및 이의 제조방법{Barrel fastened or bonded with multiple composite inner frames and manufacturing method thereof}
본 발명은 우주 발사체의 장착되는 추진제 탱크와, 이를 감싸고 있는 동체 외피를 섬유강화 복합소재를 일체형으로 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 복합재 이너프레임으로 접합된 배럴과 이를 포함한 복합재 동체 외피 일체형 추진제 탱크 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.
항공 우주 분야의 관심이 증대되면서 항공 우주 분야의 발전을 꾀할 수 있는 발사체에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다.
일 예로, 미국 NASA(National Aeronautics and Space Administration)에서는 기존 금속재 탱크의 설계 신뢰성을 유지함과 동시에 우주 발사체 추진제 탱크의 전반적인 비용과 무게를 줄이기 위해, 항공 우주 분야 민간 기업과 협업하여 복합 재료 적용에 관련한 다양한 연구를 진행해 오고 있다.
특히, 복합재 액화 수소 탱크 개발의 경우 2011년부터 2014년까지 National Aerospace Plane(NASP) 프로그램과 Single-Stage-to-Orbit(SSTD) 발사체 X-33 프로그램을 거쳐 Space Launch initiative(SLI) 산하 2세대 RLV 개발 및 Composite Cryo-tank Technology Demonstration Project(CCTD)를 진행해 오고 있는 중이다.
이 중, CCTD의 극저온 탱크는 도 1에 도시된 바와 같이 배럴(Continuous Tank Wall), 스커트(외피)(Fluted Core Skirts & Cylinder Wall), 전면 커버(Access Opening Joint), 소프트닝 스트립(Softening Strip Y-joint)로 구성된다.
또한, CCTD의 극저온 탱크의 제조 공정은 도 2를 참조하면, 24개의 세그먼트(Segments)로 실린더부와 돔부가 일체화된 배럴 형태의 몰드를 형성하고, 상기 배럴 형태의 몰드의 실린더부에 소재를 적층(Lay-up)한 후, 경화하고 검사하는 배럴 형성 단계; 상기 배럴 형성 단계에서 형성된 배럴의 돔부에 스커트 몰드를 조립하고, 스커트 몰드에 플루티드(Flutted) 코어 형의 패널을 입혀 경화하고 검사하는 스커트-배럴 조립 단계; 커버 및 맨홀을 제작하는 단계; 스커트-배럴 조립체 내부로 들어가 배럴 몰드와 스커트 몰드를 제거하는 단계 및 스커트-배럴 조립체에 상기 커버와 맨홀을 결합하는 단계로 형성된다.
이와 같은 종래의 극저온 발사체 추진제 탱크는 다음과 같은 문제점이 있다.
[1] 24개의 세그먼트(segments)를 제조 후 붙여 사용하기 때문에 공정이 까다롭고 기밀이 어려우며, 사용 후의 회수가 어렵고 공정시간이 많이 소요되는 단점이 있다.
[2] 스커트-배럴 조립 후에 몰드를 제거하기 때문에 공정이 어렵고 공정시간이 많이 소요되며, 작업자가 조립체 내부로 들어가 작업하기 때문에 위험성이 상당한 단점이 있다.
[3] 도 3a를 참조하면 스커트-배럴 조립체는 배럴이 곡률부를 가지는 돔부가 형성되기 때문에 스커트와 배럴 사이에 Y자 형태의 간극(Y-joint부)이 발생되는데 이 간극은 응력 집중 발생 지역으로 가장 취약한 부위에 해당한다.
이 때문에, 종래에는 도 3b와 같이 스커트-배럴 조립체에 삼각형 형태의 소프트닝 스트립(Softening Strip)을 삽입하고, 나머지 간극에 쇼트 인서트(Short Insert)를 삽입하는 방식으로 Y-joint부의 취약점을 해결하였다.
그러나, 이는 공정시간이 많이 소요되고 비용이 증가할 뿐만 아니라 접착부분이 많아 자칫하면 결함이 발생할 수 있는 여지가 높은 단점이 있다.
[4] 연료, 추진제 등의 액체를 저장하는 탱크의 경우 내용물의 출렁거림을 방지하기 위한 구조물이 필요하다. 그러나, 종래의 극저온 탱크(발사체 추진제 탱크)는 이러한 구성이 없다.
따라서, 상기의 문제점들을 해결할 수 있는 발사체 추진제 탱크의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로, 공정시간과 제작비용을 단축시키며, 공정을 간편화하고 작업자의 안전성을 증대시키고, 결함을 최소화하기 위해, 링 형태와 돔 형태의 복수의 이너프레임으로 제작 후 몰드를 미리 제거하여 접합하며, 접합 시에는 출렁거림을 방지하는 배플(Baffle)구조를 형성하는 배럴을 이용하여 외피 일체형 발사체 추진제 탱크를 제조하며, 배럴과 외피(스커트)의 취약부인 Y-joint부에 있어서는 기존의 삽입 형태로 형성되었던 소프트닝 스트립을 배럴과 일체화 되도록 배럴의 제조시 형성하는, 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴, 이를 포함하는 외피 일체형 발사체 추진제 탱크 및 이들의 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴은, 복수로 이너프레임(Inner Frame)으로 접합 구성되는 실린더부 및 상기 실린더부의 상/하단에 접합되는 돔프레임(Dome Frame)으로 구성되는 돔부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 이너프레임과 돔프레임은 각 끝단 내측으로 돌출된 플랜지를 통해 이차접합(Secondary Bonding)함으로써 배플(Baffle)구조를 형성할 수 있다.
또한, 상기 돔프레임의 곡률은, 타원형 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴을 기준으로, 단축/장축의 비율이 0.76 내지 0.91일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴을 포함하는 외피 일체형 발사체 추진제 탱크는, 상기 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴; 상기 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 외측으로 입히는 원통형의 외피 및 상기 돔프레임 중심부에 형성된 맨홀 덮개결합홀을 밀폐하며, 일측에 유체주입구가 형성된 맨홀 덮개을 포함할 수 있다.
또한, 상기 돔프레임 측부에는, 측방으로 돌출되어 돔프레임과 일체를 이루는 소프트닝 스트립(Softening strip)이 원주를 따라 형성될 수 있다.
또한, 상기 외피는, 복합재를 다중으로 겹쳐 형성한 솔리드 라미네이트(Solid Laminate)형으로 형성될 수 있다.
다음으로, 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 제조방법은 복수의 이너프레임 및 2개의 돔프레임을 제작하는 단계; 상기 제작된 이너프레임 및 돔프레임에 대한 비파괴 검사를 수행하는 단계; 상기 복수의 이너프레임과 2개의 돔프레임을 이차접합(Secondary Bonding)하여 배럴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
다음으로, 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴을 포함하는 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 제조방법은, 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴에 외피 금형을 장착하는 단계; 상기 외피 금형에 복합재를 적층(Lay-up), 일체접착(Co-bonding)하여 배럴-외피 어셈블리로 형성하는 단계; 상기 배럴-외피 어셈블리를 경화 후 검사하는 단계 및 상기 검사가 완료된 배럴-외피 어셈블리 중 배럴에 맨홀 덮개를 결합하여 추진제 탱크를 완성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크는, 링 형태와 돔 형태의 복수의 프레임으로 제작 후 몰드를 미리 제거하여 접합하며, 접합 시에는 출렁거림을 방지하는 배플(Baffle)구조를 형성하는 배럴을 이용하여 외피 일체형 발사체 추진제 탱크를 제조하며, 배럴과 외피의 취약부인 Y-joint부에 있어서는 기존의 삽입 형태로 형성되었던 소프트닝 스트립을 배럴과 일체화 되도록 배럴의 제조시 형성하기 때문에 공정시간과 제작비용을 단축시키며, 공정을 간편화하고 작업자의 안전성을 증대시키고, 결함을 최소화할 수 있으며, Y-joint부의 체결성을 높이고, 발사체의 추진 작동에 안전한 장점이 있다.
도 1은 종래의 CCTD의 극저온 탱크 구성도이다.
도 2는 도 1의 CCTD의 극저온 탱크 제작 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 CCTD의 극저온 탱크 Y-Joint부의 상세도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 단면사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 분해사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 Y-Joint부의 확대도이다.
도 10은 도 9의 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 일 구성인 돔 프레임의 상세도이다.
도 11의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 맨홀 덮개 체결부의 상세도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 제조 흐름도이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 4 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴, 이를 포함하는 외피 일체형 발사체 추진제 탱크 및 이들의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 분해사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 단면사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴(100)은, 실린더부(110) 및 돔부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 실린더부(110)는 원통형 구조를 이루는 것으로서, 링(ring) 형의 이너프레임(115)이 복수로 접합되어 구성될 수 있다. 여기서, 링 형의 이너프레임(115)은 4개가 접합될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 한정되는 것은 아니며 상술한 바와 같이 복수개로만 형성되면 된다.
또한, 상기의 접합은 접착제(Adhesive Bonding Joint)에 의해 접합될 수 있다. 그러나, 상기의 접합방식은 바람직한 형태로서 반드시 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 용접식 또는 리벳 결합 등의 체결식으로 형성될 수도 있다.
또한, 상기에서는 소정의 길이를 형성하는 링(ring) 형으로 예시하였으나, 실질적으로 링(ring) 형태보다 길이가 긴 원통형 형태도 포함될 수 있다. 즉, 발사체 조립에 있어서 추진제 탱크가 요구되는 체적이 있는데, 2개의 링 형의 이너프레임(115)만으로 형성하고자 할 시에는 원통형 형태로 형성될 수밖에 없기 때문이다.
즉, 실린더부(110)를 구성하는 이너프레임(115)은 중공부가 형성되는 링(ring) 형 또는 원통형(cylinder)일 수 있다.
돔부(120)는 실린더부(110)의 커버로서, 실린더부(110)의 상단과 하단으로 접합되는 돔프레임(125)으로 구성될 수 있다. 즉, 돔부(120)는 돔 형의 상단 돔프레임(125-1)과 돔 형의 하단 돔프레임(125-2)로 구성될 수 있는 것이다.
돔프레임(125)은 돔을 구성하는 끝단부가 평단(平斷)으로 형성될 수 있으며, 중심부에는 맨홀 덮개결합홀(127)이 형성될 수 있다. 이는 후술하는 맨홀 덮개(300)을 결합하기 위함이다. 맨홀 덮개(300)에 결합에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상술한 실린더부(110)의 이너프레임(115)과 돔부(120)의 돔프레임(125)은 서로 접합되어 본 발명의 배럴을 형성할 수 있는데, 여기서 이너프레임(115)과 돔프레임(125)의 접합은 접합단 즉, 이너프레임(115)과 돔프레임(125)의 각 끝단 내측으로 돌출되는 플랜지(130)를 형성하여 이차접합(Secondary Bonding)될 수 있다.
즉, 도면을 참조하면 플랜지(130)가 형성된 링 형의 이너프레임(115)은 '凹'단면이 원형을 이루는 형태이다.
상기의 플랜지(130)를 이용한 이너프레임(115)과 돔프레임(125)간의 이차접합 구조는 접합 면적을 높여 접합강도를 높이기도 하지만, 한편으론 배플(Baffle)구조를 형성하는 효과도 있다. 배플(Baffle)구조란 탱크 내부로 담기는 액체 등의 내용물의 출렁거림을 방지하기 위한 구조로서, 플랜지(130)가 액체의 출렁거림에 대해 간섭함으로써 추진 저항과 궤도 이탈 등을 방지할 수 있고, 슬러싱 저감 효과를 발휘할 수 있다.
한편, 실린더부(110)와 돔부(120)로 조립되어 형성된 본 발명의 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴(100)은, 실린더부(110)와 돔부(120)가 조립될 시에 타원형을 이룰 수 있는데, 여기서 돔부(120)의 돔프레임(125)은, 타원형 배럴을 기준으로단축/장축의 비율(Elliptical Ratio)이 0.76 내지 0.91인 곡률을 형성할 수 있다. 여기서, 타원형 배럴 기준으로 돔프레임(125) 곡률의 단축/장축 비율이 0.76 미만일 경우 좌굴현상이 발생할 수 있고, 0.91을 초과할 경우 내 체적 요구조건에 부합하지 않을 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴(100)은, 접합강도를 높게 형성함과 동시에 액체의 출렁거림을 방지할 수 있는 배플(Baffle) 구조를 형성할 수 있는 장점이 있다. 또한, 복수의 이너프레임을 조립하는 조립식 형태로서, 공정을 간편화 할 수 있으며, 체적의 축소 또는 확장 설계 변경이 용이할 수 있고, 몰드의 제작 비용 및 무게를 경량화 할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크는 상술한 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴(100)을 포함하여 제조될 수 있다. 이는, 도 7 내지 도 11을 참조하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 사시도이며, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 분해사시도이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 Y-Joint부의 확대도이며, 도 10은 도 9의 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 일 구성인 돔 프레임의 상세도이고, 도 11의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 맨홀 덮개 체결부의 상세도이다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크는, 상기의 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴(100), 외피(200) 및 맨홀 덮개(300)을 포함할 수 있다.
여기서, 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴(100)은 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴(100)과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
외피(200)는 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴(100)의 외측으로 입히는 구성으로 원통형으로 형성될 수 있다. 여기서, 외피(200)는 실린더부(110) 및 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴(100) 중 돔프레임(125) 측부에서 측방으로 돌출되되, 원주를 따라 형성되는 소프트닝 스트립(150, Softening strip)과 맞닿도록 접합될 수 있다.
즉, 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴(100)의 돔프레임(125) 측부에는 측방으로 돌출되는 소프트닝 스트립(150)이 원주를 따라 돔프레임(125)과 일체화 되도록 형성될 수 있다.
이는, 돔부(120)가 곡률면을 형성하는 구조 상 외피(200)와 응력이 집중되는 취약부인 Y-joint부를 형성하게 되는데, 이를 다른 부가 삽입 부재 없이 보강할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 이로 인해 공정시간을 단축시키며 접합면적을 넓게 형성하여 구조의 안전성을 높일 수도 있다.
여기서, 소프트닝 스트립(150)의 돌출 형태는 오목부(152)와 오목부(152)에서 하방으로 내측 경사지도록 연장되는 경사부(154)로 형성될 수 있으나, 반드시 한정되는 것은 아니며 직각으로 돌출되는 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 외피(200)는 복합재를 다중으로 겹쳐 형성한 솔리드 라미네이트(Solid Laminate) 타입으로 형성될 수도 있다.
이는, 종래의 발사체 추진제 탱크를 이루는 외피가 무게 절감을 위해 내부가 다수 빈 플루티드(Flutted) 코어 형의 패널로 형성되는 것에 대비하여 부피당 무게는 증가할 수 있으나, 추진제 탱크의 내체적 및 구조적 안정성을 만족시키는 적절한 외피 두께를 고려 했을 때 탱크의 용량에 따라 더 적합할 수 있다.
또한, 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴(100)에 몰드를 장착하여 외피를 적층하는 코본딩(Co-Bonding) 공정을 통해 종래의 공정에 비하여 배럴과 외피간의 결합력이 우수하며 필요한 툴링(Tooling)을 간소화할 수 있고, 제작공정도 간소화 할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 맨홀 덮개(300)은 돔프레임(125) 중심부에 결합되어 맨홀 덮개결합홀(127)을 밀폐할 수 있다. 또한, 맨홀 덮개(300)은 일측에 유체주입구(310)가 형성될 수 있다. 여기서, 맨홀 덮개(300)은 돔프레임(125)과 볼트 결합될 수 있으며, 그 구조는 돔프레임(125)에 맨홀 덮개결합홀(127) 둘레를 따라 다수의 삽입홀(410)을 형성하고, 삽입홀(410)에는 인서트(420, Insert)를 삽입 후 접착제(Adhesive)를 주입하여 경화하며, 그 상단으로 맨홀 덮개(300)을 안착하며 볼트(430)를 인서트(420)로 삽입하여 체결할 수 있다.
또한, 돔프레임(125)과 맨홀 덮개(300) 사이에는 그 사이를 밀폐하기 위한 실(440, seal)이 하나 이상으로 장착될 수 있다.
이하, 도 12를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 제조방법과, 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴을 포함하는 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 제조방법을 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 제조 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 제조방법은, 복수의 이너프레임(115) 및 2개의 돔프레임(125)을 제작하는 단계, 상기 제작된 이너프레임(125) 및 돔프레임(115)에 대한 비파괴 검사를 수행하는 단계, 상기 복수의 이너프레임(115)과 2개의 돔프레임(125)을 이차접합(Secondary Bonding)하여 배럴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 이너프레임은 링(ring) 형 또는 원통형(cylinder)일 수 있다.
또한, 복수의 이너프레임을 제작하는 단계는, 몰드에 복합재를 적층(Lay-up)하는 제1 단계, 상기 적층된 복합재를 경화하여 이너프레임(115)으로 형성하는 제2 단계, 상기 형성된 이너프레임(115)의 몰드를 제거하는 제3 단계, 상기 제1 내지 제3 단계들을 반복하여 복수의 이너프레임(115)을 제작하는 제4 단계 및 제작된 이너프레임(115)들을 검사하는 제5 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 이너프레임을 형성하는 몰드는 링(ring)형으로 형성되되, 복수의 분할체가 조립되어 구성될 수 있다. 이때, 복수의 분할체는 동일한 형상의 분할체로 형성될 수도 있으나, 바람직하게는 도면과 같이 몰드의 중심을 기준으로 사방으로 십자형태(+)로 절개된 상태일 수 있다. 이를 통해, 상기 제3 단계에서 복수의 분할체 중 하나를 제거하면 나머지의 분할체도 쉽게 제거할 수 있는 장점을 나타낼 수 있다.
또한, 2개의 돔프레임을 제작하는 단계는, 돔프레임(125) 제작 시에 반구형태로 함몰되며, 측부에는 배럴-외피 어셈블리를 형성할 때에 Y-joint부에 위치되는 소프트닝 스트립(Softening strip)이 형성될 공간도 함께 마련되는 돔프레임 몰드를 통해 제작될 수 있다.
이를 통해, 소프트닝 스트립이 돔프레임(125)과 일체로 제작될 수가 있다.
돔프레임(125)의 제작은 돔프레임 몰드의 반구형태로 함몰된 내표면에 AFP 장비 등을 이용하여 복합재를 적층하고, 그 상태로 경화시켜 몰드를 제거하는 방식으로 제작이 진행될 수 있다.
상기 복수의 이너프레임(115)과 2개의 돔프레임(125)을 접합하여 배럴을 형성하는 단계는, 다각형의 하단 받침부와 상기 하단 받침부에서 수직으로 연장되는 복수의 수직폴대를 포함하는 수직받침대(Vertical Tool)를 이용하여 접합을 진행할 수 있다.
구체적으로, 수직받침대의 중앙부에 하단 돔프레임(125-2)을 고정 후 복수의 이너프레임(115)을 하나씩 적재와 접합을 반복해 가면서 상단 돔프레임(125-1)까지 최종적으로 접합할 수 있다. 이후, 돔프레임과 이너프레임의 각 면을 접합하는 접착제가 보다 고루퍼지도록 수직폴대에 가압장치를 설치 후 상단 돔프레임(125-1)을 하방으로 가압하면 배럴을 완성할 수 있다.
아울러, 완성된 배럴은 최종적으로 검사하여 마무리 될 수 있으며, 검사 시에는 초음파 검사를 수행할 수 있다. 그러나, 앞서 이너프레임(115)과 돔프레임(125)은 각각 비파괴검사를 수행하였으므로, 배럴의 최종적인 검사는 반드시 진행되지 않아도 무관하다.
이러한, 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 제조 방법은 동일 형상의 이너프레임을 만들어 제작하기 때문에 치공구가 간소화 될 수 있고, 조립을 단순화할 수 있어 소규모 툴(Tool)을 활용하여 제작이 가능하고, 특히 배럴 완성 후에 몰드 제거작업을 할 필요가 없는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴을 포함하는 외피 일체형 발사체 추진제 탱크의 제조방법은, 외피를 입혀 배럴, 소프트닝 스트립, 외피가 일체형으로 제작되는 것으로, 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴에 외피 금형을 장착하는 단계; 상기 외피 금형에 복합재를 적층(Lay-up), 일체접착(Co-bonding)하여 배럴-외피 어셈블리로 형성하는 단계; 상기 배럴-외피 어셈블리를 경화 후 검사하는 단계 및 상기 검사가 완료된 배럴-외피 어셈블리 중 배럴에 맨홀 덮개를 결합하여 추진제 탱크를 완성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 배럴-외피 어셈블리 중 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 돔프레임 측부에는 상술하였듯이 측방으로 돌출되는 소프트닝 스트립(Softening strip)이 원주를 따라 형성된 상태로 외피와 접합하기 때문에 공정시간을 단축시키며 접합면적을 넓게 형성하여 구조의 안전성을 높일 수도 있다.
또한, 외피 금형에 복합재를 적층(Lay-up) 할 시에는 AFP(Automated Fiber Placement) 장비 어댑터(Adaptor)에 외피 금형(SAF, Skirt Alignment Fixture)을 장착하여 적층 할 수 있고, 배럴-외피 어셈블리를 경화 후 검사는 초음파 검사를 수행할 수 있다.
또한, 맨홀 덮개(300)의 결합은 상술하였듯이 인서트(420)를 이용하여 결합하고, 실(440)을 이용하여 기밀하기 때문에 기밀성이 높은 장점도 있다.
아울러, 본 발명의 외피 일체형 발사체 추진제 탱크는 배럴, 소프트닝 스트립, 외피가 일체형으로 제작된 상태로 동체 외피를 섬유강화 복합소재를 입히기 때문에 다양한 응력 작용에도 강한 내구성을 형성하는 장점이 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
100 : 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴
110 : 실린더부
115 : 이너프레임
120 : 돔부
125 : 돔프레임
127 : 맨홀 덮개결합홀
130 : 플랜지
150 : 소프트닝 스트립
152 : 오목부
154 : 경사부
200 : 외피
300 : 맨홀 덮개
310 : 유체주입구
410 : 삽입홀
420 : 인서트
430 : 볼트
440 : 실

Claims (4)

  1. 복수로 이너프레임(Inner Frame)으로 접합 구성되는 실린더부 및
    상기 실린더부의 상/하단에 접합되는 돔프레임(Dome Frame)으로 구성되는 돔부를 포함하는 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이너프레임과 돔프레임은 각 끝단 내측으로 돌출된 플랜지를 통해 이차접합(Secondary Bonding)함으로써 배플(Baffle)구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돔프레임의 곡률은,
    타원형 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴을 기준으로, 단축/장축의 비율이 0.76 내지 0.91인 것을 특징으로 하는 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴.
  4. 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 제조방법에 있어서,
    복수의 이너프레임 및 2개의 돔프레임을 제작하는 단계;
    상기 제작된 이너프레임 및 돔프레임에 대한 비파괴 검사를 수행하는 단계;
    상기 복수의 이너프레임과 2개의 돔프레임을 이차접합(Secondary Bonding)하여 배럴을 형성하는 단계를 포함하는 복합재 이너프레임 다중 접합형 배럴의 제조방법.
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