Performance Modeling of a Pyrotechnically Actuated Pin Puller

장승교,이효남,오종윤 한국항공우주학회 2014 International Journal of Aeronautical and Space Sc Vol.15 No.1

An analytical model was developed to understand the physics and predict the functional performance of a pin puller. The formulated model is based on one-dimensional gas dynamics for an ideal gas. Resistive forces against pin shaft movement were measured in quasi-static mechanical tests, the results of which were incorporated into the model. The expansion chamber pressure and the pin shaft displacement were measured from an actual firing test and compared to the model prediction. The gas generation rate was adjusted by a correction factor, and the heat transfer rate was obtained through parametric analysis. The validity of the model is assessed for additional firing tests with different amounts of pyrotechnic charge. This model can provide knowledge on how the pin puller functions, and on which design parameters contribute the most to the actuation of the pin puller. Using this model, we estimate the functional safety factor by comparing the energy generated by the pyrotechnic charge to the energy required to accomplish the function.

제트베인 추력방향 제어장치 개발/시험/분석

장승교,윤현걸,장석태 한국추진공학회 1998 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.1998 No.10

고체 추진기관 점화 지연시간

장승교,김재일,류병태 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

점화제 양에 따른 고체 추진기관의 점화 지연시간을 알아보기 위하여 마이크로 모타를 이용하여 연소시험을 수행하였다. 마이크로 모타 연소 초기 압력 곡선과 비활성 모타 시험 결과를 비교하여 점화 지연시간을 추정한 결과 점화제 양이 증가할수록 점화 지연시간이 짧아짐을 확인하였다. 또한 열속과 관계된 점화 지연시간을 열 점화 이론을 통해서 얻은 계산 결과와 비교하여 큰 차이가 나타남을 확인하였는데 이는 점화기에서 공급되는 열량이 모두 효과적으로 추진제에 전달되지 않기 때문이거나, 연소실의 압력이 대기압보다 높은 경우 열 점화 이론이 적합하지 않기 때문인 것으로 판단된다. Micro motor burning tests were conducted to estimate the dependancy of ignition delay time on the amount of ignition compound used for the solid rocket motor. According to comparison the ignition transient of the micro motor to the inert motor test result the ignition delay time was estimated and it shows contraction as the amount of the ignition compound increases. Heat flux related ignition delay time differs from the calculation result based on thermal ignition theory. It is presumed that the heat flux generated from the igniter is not conducted effectively to the surface of the propellant or the thermal ignition theory is not applicable in which the combustion chamber pressure is higher than that of atmosphere.

가속노화에 따른 BKNO₃의 아레니우스 동역학 상수 분석

장승교,김준형,류병태,황정민,Jang, Seung-gyo,Kim, Jun-hyung,Ryu, Byung-tae,Hwang, Jung-min 한국추진공학회 2016 한국추진공학회지 Vol.20 No.4

열분석기인 시차 주사 열량계를 이용하여 $BKNO_3$ 화약의 아레니우스(Arrhenius) 동역학 상수인 활성화 에너지와 Pre-Exponential Factor를 구하였다. 기존의 방법과 달리 고온 가속 노화와 DSC를 병행하여 보다 정밀한 활성화 에너지를 구하였고 열 유속의 적분값을 비교하여 저장 온도에 따른 분율을 구하였다. 이를 통하여 수명 예측을 위한 $BKNO_3$ 화약의 가속노화 시험 조건을 제시하고 열 가속노화에 관한 의미를 재고하였다. Arrhenius kinetic constants, the activation energy and the pre-exponential factor, of energetic material $BKNO_3$ are estimated using Differential Scanning Calorimetry (DSC). Different from the conventional way, the activation energy was estimated more precisely through DSC aging trial, and the consumed fraction by heat was calculated by comparing the integration of heat flow. We suggested the condition of accelerated aging test for the energetic material $BKNO_3$ and reconsidered the meaning of the thermal accelerated aging.

B-KNO₃ 점화제의 노화 현상 분석

장승교,류병태 한국추진공학회 1997 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.1997 No.10

고체 추진기관 점화안전장치 개발

장승교(Seung-Gyo Jang),정진석(Jin-Suk Jung),김인석(In-Suk Kim) 한국추진공학회 2005 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2005 No.11

추진기관 점화안전장치에 적용 가능한 MEMS 관성 스위치 연구

장승교(Seung-gyo Jang),정형균(Hyung-gyun Jung) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

추진기관용 점화안전장치인 SAU에 적용 가능한 MEMS 관성 스위치를 고안하였다. 본 MEMS 관성 스위치는 일반적인 기계요소 설계 방식을 따라 설계하였으나 일반적인 MEMS 가속계와 다르게 목넘김 관성 스위칭 방식을 채택하여 일정 가속도 이상에서만 스위칭이 일어난다. 제작된 시료에 대한 검사 결과와 설계 데이터를 비교해 본 결과 관성 스위치의 구성 요소인 판 스프링 및 연성 힌지의 비선형 요소에 의한 영향으로 인하여 설계된 스위칭 가속도 값과 근사한 차이가 유발됨을 확인하였다. MEMS(micro electro-mechanical systems) inertial switch which is applicable to the ignition Safe-Arm-Unit of propulsion system is devised. The MEMS inertial switch is designed according to the general design procedure for conventional mechanical elements. Unlikely conventional MEMS accelerometer, threshold inertial switching mechanism is adopted which makes a MEMS element an abrupt switching in a certain acceleration level. By comparing the design data and test results of the specimen a small discrepancy in switching acceleration level is found which is presumably due to the nonlinear characteristics of the beam spring and the flexure hinge which are the main parts of the MEMS inertial switch.

전기-기계식 점화안전장치 설계 및 출력 특성 해석

장승교(Seung-gyo Jang),이효남(Hyo-nam Lee),오종윤(Jong-yun Oh),오석진(Seok-jin Oh) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.12

고체 로켓 추진기관에 적용 가능한 전기-기계식 점화안전장치를 설계하고 제작하였다. 본 전기-기계식 점화안전장치는 로터리 솔레노이드를 이용하여 장전되고 내장된 전기식 착화기를 발화하여 점화 에너지를 발생시킨다. 점화안전장치의 점화 성능을 검증하기 위한 방법으로 10-cc 밀폐용기 시험(Closed Bomb Test)을 실시하였고 점화안전장치 작동시 발생 되는 고온, 고압의 가스로 인하여 밀폐용기 내부에 형성되는 압력을 계측하였다. 10-cc 밀폐 용기 내부에 형성되는 압력과 점화가스 유로가 열리는 시간 등을 이상기체 방정식과 질량 및 에너지 보존 법칙을 적용한 1차원 가스 동력학 모델을 통하여 계산하였다. 모델링 예측과 CBT 시험 데이터를 비교한 결과 점화안전장치에서 발생되는 가스에 의해 밀폐용기에 형성되는 압력은 약 34%의 효율을 갖는 것으로 나타났다. Electro-Mechanical Ignition Safety Device(EMISD) for solid rocket motor is designed and manufactured. The EMISD utilizes a true rotary solenoid for arming mechanism and an electric squib(initiator) for generating ignition energy. In order to prove the ignition capability of the EMISD, 10-cc Closed Bomb Test(CBT) is performed, which measures the pressure built by high temperature and high pressure gas generated by operating EMISD. The pressure built in the free volume of 10-cc closed bomb and the opening time of the ignition gas outlet are calculated using one dimensional gas dynamic model which is composed of the ideal gas equation and mass-energy conservation equation. Comparing the test result with model prediction, it is realized that the pressure built in the free volume of closed bomb due to the firing of EMISD, has the efficiency ratio of about 34%.

MEMS를 이용한 추진기관 점화안전장치

장승교(Seunggyo Jang),이상헌(Sanghun Lee),장현기(Hyunkee Chang) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

MEMS를 적용한 추진기관용 점화안전장치를 설계하고 제작하였다. MEMS는 일반적인 기계요소 설계 방식을 따라 설계하였다. 제작된 시료에 대한 검사 결과와 설계 데이터를 비교해 본 결과 스프링의 비선형 요소에 의한 영향과 가공오차 등으로 인하여 설계된 성능 값과 근사한 차이를 나타냈다. MEMS가 결합된 점화안전장치의 성능 시험을 실시함으로써 MEMS 적용 가능성을 입증하였다. Ignition Safe-Arm-Unit using micro-electromechanical systems(MEMS) for propulsion system was designed and manufactured. MEMS was designed according to the design schemes for conventional mechanical elements. By comparing the design results and the test data of the prototype, small discrepancy was found, which is due to the nonlinear characteristic of the structure and the machining accuracy. The applicability of MEMS for Safe-Arm-Unit was proved by testing MEMS which is assembled into SAU.

VISAR를 이용한 격벽 착화 모듈 특성 연구

장승교(Seung-gyo Jang),백성현(Sung-hyun Baek) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.5

격벽 착화 모듈은 도우너 화약이 폭발하면서 발생한 충격파가 격벽을 통해 억셉터 화약에 전달되었을 때 동작한다. 격벽 착화 모듈의 가장 중요한 설계 요소인 격벽의 최소 두께를 결정하기 위하여 구조해석을 수행한 결과 격벽의 두께가 0.1 mm 이상인 경우 구조적으로 충분한 마진이 있음을 확인하였다. 격벽의 적정 두께를 결정하기 위하여 VISAR 간섭계를 이용하여 억셉터 화약 충전면에서 자유 표면 속도를 계측하였다. 이 속도를 이용하여 충격 압력으로 환산하고 그 결과를 억셉터 화약의 반응 민감도와 비교함으로서 격벽 두께에 따른 격벽 착화 모듈의 작동 신뢰도를 계산하였다. A Through-Bulkhead Initiation Module(TBIM) works as the shock-wave generated by the detonation of donor explosive transmits to acceptor explosive. In order to estimate the minimum thickness of the bulkhead of TBIM, the structural stress of TBIM housing is calculated via modeling analysis, and which shows a sufficient margin in strength as the minimum thickness is bigger than 0.1 mm. The free surface velocity at the metal to explosive interface is measured using VISAR to determine the optimal thickness of bulkhead. The shock pressure is calculated from the measured free surface velocity, and the probability of TBIM with respect to the thickness of bulkhead is estimated by comparing the sensitivity of acceptor explosive with it.