우주용 복합재 격자 강화 구조 제작 방법

이주훈(Rhee, Juhun) 한국항공우주연구원 2016 항공우주산업기술동향 Vol.14 No.1

일반적으로 격자 강화 구조는 가볍고, 강성이 우수한 구조물을 만드는데 널리 활용되며, 발사체 및 위성체 등에 적용되고 있다. 본 논문의 격자 강화 복합재 패널은 위성의 경량화/소형화를 위한 다기능 구조체의 기층으로, 격자 내의 공간에 전자회로를 장착하기 위하여 제안되었다. 패널의 전체 크기는 860×890×21.14mm3으로, 격자와 면재는 팬계열 CFRP인 M55J 소재를 이용하여 동시경화 공정으로 제작되었다. 면재 및 격자의 적층 각도, 격자 적층 방법, 격자 교차점의 툴 블록 설계 및 제작, 치공구의 소재, 설계 및 제작 등에 대하여 설명하였으며, 이를 통하여 설계 및 제작된 격자 강화 복합재 패널은 랜덤 및 정현파 진동 환경시험으로 검증되었다. Generally, the grid-stiffened structure with the lightweight and excellent stiffness characteristics is widely utilized and applied for the launch vehicle and satellite. The grid-stiffened composite panel of this paper was proposed as the substrate of the structure of the multi-functional structure for the lighter/smaller to provide the available room between the grids for integrating multiple electronic circuitries into the structure. The size of the panel is 860×890×21.14mm3, and the grids and skin were designed to be co-cured with the pan-based CFRP prepreg M55J. The stacking degree of the skin and grids, the stacking method of grids, the design and manufacturing of the tool block of the grids intersection, and the materials, design and manufacturing of the tools were illustrated, the grid-stiffened composite panel designed and manufactured through these were verified using the random and sinusoidal vibration environmental tests.

등각사상 맵핑 및 광탄성 실험법에 의한 원형구명 주위의 하이브리드 응력장 해석

백태현,김명수,이주훈,Baek, Tae-Hyun,Kim, Myung-Soo,Rhee, Ju-Hun 대한기계학회 1999 大韓機械學會論文集A Vol.23 No.6

An experimental study is presented for the effect of number of terms of a pewee series type stress function on stress analysis around a hole in tensile loaded plate. The hybrid method coupling photoelastsic data inputs and complex variable formulations involving conformal mappings and analytical continuity is used to calculate tangential stress on the boundary of the hole in uniaxially loaded, finite width tensile plate. In order to measure isochromatic data accurately, actual photoelastic fringe patterns are two times multiplied and sharpened by digital image processing. For qualitative comparison, actual fringes are compared with calculated ones. For quantitative comparison, percentage errors and standard deviations with respect to percentage errors are caculated for all measured points by changing the number of terms of stress function. The experimental results indicate that stress concentration factors analyzed by the hybrid method are accurate within three percent compared with ones obtained by theoretical and finite element analysis.

연성 하중 해석에 의한 다목적실용위성 1호의 구조하중 예측

김호형(Ho-Hyung Lee),이주훈(Ju-Hun Rhee),황도순(Do-Soon Hwang),김성훈(Sung-Hoon Kim),김진희(Jin-Hee Kim),김학정(Hak-Jung Kim) 한국항공우주학회 2002 韓國航空宇宙學會誌 Vol.30 No.3

다목적실용위성 2호기의 태양전지 어레이 설계

장성수(Sung-Soo Jang),이주훈(Ju-Hun Rhee),김성훈(Sung-Hoon Kim),장진백(Jin-Baek Jang),박성우(Sung-Woo Park),박희성(Hee-Sung Park) 한국조명·전기설비학회 2004 한국조명·전기설비학회 학술대회논문집 Vol.2004 No.11월

본 논문은 다목적실용위성 2호기의 개발에 사용한 태양전지 어레이의 설계결과를 요약하였다. 최적의 태양전지 어레이의 개발을 위하여 고효율의 갈륨-아세나이드 태양전지를 사용하였다. 태양전지를 장착하기 위한 패널은 알루미늄 허니컴이 적용되는 샌드위치 구조에 섬유강화 복합재료를 면재로 사용하였다. 다목적실용위성 2호기의 임무말기 태양전지 어레이는 최소 1,073 watts 이상의 전력을 위성부하와 탑재체에 충분히 공급할 수 있도록 개발하고 있다.

EO/IR 카메라에 적용된 볼 베어링의 3축 스프링 요소 모델 및 EO/IR 카메라의 구조 응답해석

조희근(Hee Keun Cho),이주훈(Juhun Rhee),이준호(Jun-Ho Lee) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.12

본 연구는 무인항공기 및 헬리콥터 등에 장착되어 운용되는 고정밀 관측 다축·구동 EO/IR 카메라의 진동해석에 관한 것이며, 카메라에 적용된 볼 베어링을 모델링 하는데 있어서 3축 스프링요소를 적용하는 방법을 제시하였고, 이것에 의한 유한요소모델의 진동 응답 결과를 얻었다. 볼 베어링을 3축 스프링 요소로 모델링한 진동해석결과는 시험결과와 비교 되었으며, 잘 일치함을 알 수 있었다. 또한, 랜덤진동 시간이력해석을 통하여 다축·구동 EO/IR 카메라의 진동 응답 특성을 해석하고 분석하였다. 이의 연구결과는 우주용 카메라들에 사용되는 볼 베어링의 유한요소모델링 기법에 응용 될 수 있다. This study is focused on the structural dynamic responses, i.e., vibration analysis results of the high-accuracy observation multi-axial camera, which is installed and operated for the UAV (Unmanned Aerial Vehicle) and helicopter etc. And, the authors newly suggest a modeling technology of the ball bearing applied to the camera by using three-axis spring elements. The vibration analysis results well agreed to the randum vibration test results. Also, the vibration responses characteristics of the multi-axial camera through the time history analysis of the random vibration were analyzed and evaluated. The above results can be applied to the FE-modeling of the ball bearings used for the space cameras.

Field-Aided Micro-Tailoring에 의한 기능성 나노복합재 제조

조희근 ( Hee Keun Cho ),이주훈 ( Ju Hun Rhee ),심은섭 ( Eun Sup Sim ) 한국복합재료학회 2012 Composites research Vol.25 No.6

본 연구에서는 기능성 나노복합재를 제작하는 방법이 제시되었다. 미소 입자들을 포함하고 있는 점성을 가진 유체에 전기장을 가하여 유체속에 포함된 입자들을 전기장의 방향에 따라 규칙적으로 배열을 하였다. FAiMTa 기술이라고 불리는 이 방법은 마이크로 혹은 나노 사이즈의 입자들을 체인의 형태로 배열하여 직교이방성 폴리머 나노복합재의 제작을 가능하게 하였다. 알루미나(Al2O3), 탄소나노튜브(CNT), 탄소(Graphite), 텅스텐(W) 등의 마이크로 혹은 나노 사이즈 입자 분말을 사용하여 FAiMTa기술의 유효성을 확인하는 시험을 수행하였다. 이러한 입자들을 전기장을 사용하여 일정한 방향으로 배열하여 직교이 방성 폴리머 복합재를 만들었고, 시험시편의 물리적 특성 즉 기계적 열적 특성을 측정하여 방향성을 확인하였다. 이렇게 제작된 첨단 나노복합재는 각종 산업분야에서 큰 효과가 기대된다. One of a unique technique in manipulating a multifunctional composite is demonstrated in this study. An electric field is applied to a liquid suspension in order to align the inclusions along with the direction electric field. This is called FAiMTa(Field Aided Micro Tailoring). It makes orthotropic polymer composites by arranging the micro and/or nano size particle inclusions in chain-line formation. Several kinds of particles such as Al2O3, graphite, CNT(Carbon Nano Tube), W(Tungsten) are tested to verify the effectiveness of the FAiMTa. The particles redistributed in an epoxy suspension and their coupons show that mechanical and thermal properties of orthotropic and random composites containing those particles depend on the trend of particles`` alignment. The micro-images of the functional composite from FAiMTa have been captures and their physical properties demonstrate their wide-range and state-of-the-art application for advanced multifunctional composites.

하이브리드 복합재 샌드위치 패널로 구성된 전구조 복합재 위성의 랜덤진동 특성 평가

조희근(Hee-Keun Cho),이주훈(Juhun Rhee) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.8

전구조 소형 복합재 위성인 과학기술위성 3호가 국내 최초로 개발되었다. 과학기술위성 3호는 기존의 위성과 달리 알루미늄 프레임이 없는 구조로 되어있으며 알루미늄 코어에 적층복합재 스킨을 가진 샌드위치 패널의 조합으로 구성되었다. 이 복합재 패널의 결합으로 구성된 격자형태의 공간에 다수의 전장박스와 탑재체 및 장치들이 장착된다. 본 연구 는 과학기술위생 3호의 랜덤진동 응답에 관한 연구이며 이를 위하여 FEA 해석과 시험이 수행 되었다. 진동시험 결과와 전산해석결과를 서로 상호 비교 검토함으로써 위성의 진동 특성을 규명하고 결과의 신뢰성을 검증하였다. Whole composite structure small class (150㎏) satellite, STSAT-3, was initially developed in Korea. The structure does have aluminum frames that support the structure, and it is composed of only composite sandwich panels. A number of electronic boxes and mechanical apparatus will be shielded within the compartments built up by the composite panels. This study focused on the random vibration responses of the satellite. For this objective, vibration tests and analyses have been successfully performed with respect to STM (structure and thermal model) of the satellite. Additionally, through the experiment and theoretical analyses, the both results' accuracy was verified by comparison each other.

우주용 방사차폐 구조 국내 연구 동향

장태성(Jang, Tae Seong),이주훈(Rhee, Juhun) 한국항공우주연구원 2017 항공우주산업기술동향 Vol.15 No.2

우주궤도 상의 위성 전자부품에 방사선 효과를 주는 대표 입자는 양성자이다. 방사선을 차폐하기 위하여, 기존 위성의 전자장비 하우징에는 알루미늄 합금이 널리 사용되고 있으나, 위성의 경량화 요구가 증가하면서, 알루미늄 합금을 대체할 수 있는 경량 방사차폐 재료에 대한 연구가 수행되어 왔다. 대표적인 것이 CFRP 복합재와 텅스텐을 조합한 CFRP/W/CFRP와 폴리에틸렌 소재로 구성된 방사차폐 구조물이다. 본 논문에서는 보수적 위성 설계에 적용하는 두께 150mil(=3.81㎜) 알루미늄 합금의 양성자 차폐능을 설계의 기준으로, 이에 대응되는 CFRP/W/CFRP 및 폴리에틸렌 소재로 구성된 방사차폐 구조의 국내 연구 결과에 대하여 기술하며, 알루미늄 합금에 비하여 상당한 경량 효과를 확인하였다. The representative particle of the radiation, causing the malfunction of the electronic component of the satellite in orbit, is a proton. To shield the electronic component from radiation/proton, the CFRP/W/CFRP and polyethylene composite materials have been studied for the lightweight radiation shielding structures compared with the aluminum alloy. This paper describes the shielding effectiveness of the CFRP/W/CFRP and polyethylene composite structures for the equivalent proton shielding effectiveness of the aluminum 150mil thick, and the considerable mass savings are confirmed.

격자-강화된 다기능 복합재 구조체의 방사차폐에 관한 연구

장태성(Tae Seong Jang),이주훈(Juhun Rhee),서현석(Hyun-Suk Seo),현범석(Bum-Seok Hyun),김택영(Taig Young Kim),서정기(Jung Ki Seo) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.8

강성이 우수하고, 경량으로 제작이 가능한 격자강화 복합재 구조체를 다기능 구조체의 기층구조로 적용함으로써, 전기전자회로를 용이하게 내장할 수 있으며 방사차폐 특성을 갖춘 다기능 구조체에 대한 설계 및 제작을 수행하였다. 피치계열 탄소섬유 복합재료의 적용을 통해 열전달특성을 향상시키고, 전자회로의 하우징 구조물이 없어도 우주방사환경에 충분한 내구성을 갖도록 경량 국부 강화 방사차폐 방법을 제안하고, 양성자 조사시험을 통하여 선택적 방사차폐의 효과를 검증하였다. This paper deals with an alternative multi-functional structures by using grid-stiffened composite structure with excellent bending stiffness and lightweight characteristics which is capable of easy embedding of electrical/electronic circuitry into structure. The enhancement of thermal conduction capability is made by the application of pitch-based carbon fiber. The lightweight radiation spot shielding technique is also proposed for multi-functional structures without conventional housing and the effectiveness of selective radiation shielding is validated through the proton irradiation test.

다목적위성 아리랑 2호 발사환경 규격설정

김홍배(Hong-Bae Kim),이주훈(Joo-Hun Rhee),김성훈(Sung-Hoon Kim),이상설(Sang-Seol Lee) 한국소음진동공학회 2000 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2000 No.11