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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

우정민 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수
조진연
발행연도
2020
저작권
인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수13

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2020

충격 저감 파이로테크닉 분리 너트의 거동 특성 분석
우정민 일반 2020.01 학위논문

2019

파이로테크닉 분리 너트 거동에 대한 설계 인자의 영향 분석
우정민 ,  김정호 ,  조진연 외 3명 한국항공우주학회지 2019.09 학술저널

2015

파이로테크닉 분리 너트의 설계 개념 연구
우정민 ,  장진성 ,  조진연 외 3명 한국추진공학회 학술대회논문집 2015.05 학술대회자료

초록· 키워드

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체결에 분할 너트를 이용하는 충격저감 파이로테크닉 분리 너트의 거동 특성을 분석하기 위하여 유한 요소 해석 및 코드 개발을 통한 연구를 수행하였다. 분할 너트를 이용하는 경우, 체결 과정에서 분할 너트가 반경 방향으로 벌어지는 것을 막기 위해 구속해주는 구속 원통이 필수적이다. 이때, 공차로 인해 분할 너트의 외경과 구속 원통 내경 사이에 발생하는 틈새가 체결부에 미치는 영향을 파악하기 위하여 유한 요소 해석을 수행하였다. 유한 요소 해석 시, 볼트 체결 모델링을 하는데 적합한 방법에 대해 연구하였으며, 틈새가 0.00, 0.03, 0.06, 0.10 mm 인 모델을 만들어 해석 결과를 검토하였다. 또한, 유한 요소 해석으로 분리 과정을 모사하여 분리가 이루어지는 동안 구성품의 거동과 체결력의 변화를 파악하였다. 그리고 유한 요소 해석 결과를 통해 신뢰성 있는 파이로테크닉 분리 너트 설계를 위해 고려해야 할 사항을 파악하였다. 이와 더불어 벤트홀로 연결된 두 개의 가변 부피 챔버를 갖는 충격저감 파이로테크닉 분리 너트의 복잡한 거동을 예측하기 위하여 성능 예측 모델을 개발하였다. 이 모델은 챔버의 압력과 내부 구성품 운동의 상호작용을 반영한다. 이를 위해 연소 모델링을 위한 지배 방정식과 구성품의 운동 방정식을 미분 방정식의 형태로 유도하고 Dormand?Prince embedded Runge?Kutta method를 이용해 적분하여 해를 구한다. 이때, 연소 모델링을 위한 지배 방정식은 CBT 결과를 이용하여 보정 및 검증하였으며 이 과정에서 미연소율의 개념을 도입하였다. 구성품의 운동 방정식은 유한 요소 해석에서 파악한 내용을 이용하여 보정 및 검증하였다. 연소 모델링을 위한 지배 방정식과 구성품의 운동 방정식을 연동하여 개발한 분리 너트 성능 예측 모델은 실제 분리 너트를 이용한 시험 결과를 이용하여 검증하였다. 그 후, 매개변수 연구를 통해 응축상 연소 생성물, 챔버 내부에 들어있는 공기, 미연소한 화약, 대류와 복사로 인한 열 손실 등과 같이 연소 모델링에 반영한 요소들의 영향을 분석하였다. 그리고 접촉부의 각도, 구성품의 질량, 누름봉 돌출부 안쪽 지름, 환형 챔버의 초기 부피, 확장 챔버의 초기 부피, 화약질량, 벤트홀 지름과 같은 설계 인자들의 변화에 따라 분리 너트의 성능이 어떻게 달라지는지를 분석하였다. 마지막으로, Morris 방법을 이용해 교호작용을 고려하여 각 설계인자의 중요도를 파악하고 이 결과를 통해 주요 설계인자를 선별하였다.
#Pyrotechnic Separation Nut(파이로테크닉 분리 너트) #Segmented Nuts(분할 너트) #Finite Element Analysis(유한 요소 해석) #Lumped Parameter Method(럼프드 파라미터 기법) #Parametric Study(매개변수 연구)

목차

1. 서론 1
1.1. 연구배경 1
1.2. 연구동향 3
1.3. 연구 목적 및 내용 6
2. 분리 너트 구동 매커니즘 9
3. 유한 요소 해석을 이용한 체결부 특성 파악 14
3.1. 체결 과정에 미치는 틈새의 영향 14
3.1.1. 끼워 맞춤에 대한 치수공차 15
3.1.2. 적정 체결력 및 체결 토크 17
3.1.3. 유한 요소 해석 모델 구성 18
3.1.4. 체결 방법에 따른 분할 너트의 거동 변화 21
3.1.5. 동일 체결 토크에 대한 체결력의 크기 25
3.1.6. 너트 및 볼트 응력 분포 27
3.1.7. 분할 너트와 구속 원통 접촉면의 마찰력 32
3.2. 분리 과정에서 분할 너트의 영향 37
3.2.1. 유한 요소 해석 모델 구성 37
3.2.2. 분리 과정에서 체결력의 변화 39
3.2.3. 분리 과정에서 구성품의 거동 42
4. 분리 너트 성능 예측 코드 개발 45
4.1. 화약 연소 모델링을 위한 지배 방정식 구성 45
4.1.1. 유도 과정 및 가정 46
4.1.2. 연소 모델링을 위한 지배 방정식 유도 과정 53
4.1.3. CBT를 이용한 보정 및 검증 68
4.2. 내부 구성품의 운동 방정식 보정 74
4.2.1. 너트의 실제 이동경로 74
4.2.2. 분리 과정에서 체결력의 변화 반영 80
4.3. 미분 방정식의 연동 83
4.4. 검증 86
4.4.1. 체결력이 없는 경우 88
4.4.2. 체결력이 있는 경우 93
4.4.3. 보수적인 성능 예측 결과의 원인 분석 98
4.4.3.1. 착화기 성능 편차 98
4.4.3.2. 체결력과 그로 인한 구속력의 편차 99
4.4.3.3. 벤트홀 유량 차이 100
4.5. 분리 과정 분석 101
5. 분리 너트 성능 예측 코드를 이용한 매개변수 연구 104
5.1. 화약 연소 모델링 방법의 영향 파악 104
5.1.1. 응축상 연소 생성물의 영향 105
5.1.2. 공기의 영향 109
5.1.3. 대류와 복사로 인한 열 손실의 영향 111
5.1.4. 미연소율의 영향 113
5.1.5. 연소 생성물 발생 질량비의 영향 114
5.2. 설계 인자의 영향 파악 117
5.2.1. 접촉부 각도의 영향 119
5.2.2. 구성품 질량의 변화 123
5.2.2.1. 구속 원통 질량 123
5.2.2.2. 방출핀 질량 124
5.2.2.3. 분할 너트, 누름봉의 질량 125
5.2.3. 누름봉 돌출부 안쪽 지름의 변화 126
5.2.4. 환형 챔버 초기 부피 변화의 영향 128
5.2.5. 확장 챔버 초기 부피 변화의 영향 129
5.2.6. 화약 질량 131
5.2.7. 벤트홀 크기 132
6. 주요 설계 인자 선별 134
7. 결론 141
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