International Journal of Aerospace System Engineering
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제9권1호
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pp.1-15
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2022
Pyrotechnic initiators provide a source of pyrotechnic energy used to initiate a variety of space mechanisms. Pyrotechnic systems build in electromagnetic environment that may lead to critical or catastrophic hazards. Special precautions are need to prevent a pulse large enough to trigger the initiator from appearing in the pyrotechnic firing circuits at any but the desired time. The EMC verification shall be shown by analysis or test that the pyrotechnic systems meets the requirements of inadvertent activation. The MIL-STD-1576 and two range safeties, AFSPC and CSG, require the safety margin for electromagnetic potential hazards to pyrotechnic systems to a level at least 20 dB below the maximum no-fire power of the EED. The PC23 is equivalent to NASA standard initiator and the 1EPWH100 squib is ESA standard initiator. This paper verifies the two safety margins for electromagnetic potential hazards. The first is verified by analyzing against a RF power. The second is verified by testing against a DC current. The EMC safety margin requirement against RF power has been demonstrated through the electric field coupling analysis in differential mode with 21 dB both PC23 and 1EPWH100, and in common mode with 58 dB for PC23 and 48 dB for 1EPWH100 against the maximum no-fire power of the EED. Also, the EMC safety margin requirement against DC current has been demonstrated through the electrical isolation test for the pyrotechnic firing circuits with greater than 20 dB below the maximum no-fire current of the EED.
The composition of bright flash device is a pyrotechnic mixture consisting of metal powder, oxidizer and additives. A pyrotechnic mixture of bright flash device generates a bright flash through burning after being ignited by initiator. The function of bright flash is to distract or incapacitate electro optical sensor systems and enemy eyes temporally. This study is to develop composition of pyrotechnic mixture of bright flash and to analyze the test results by considering intensity and efficiency of light.
A pyrotechnic system that consists of donor/acceptor pair separated by a gap relies on shock attenuation characteristics of the gap material and shock sensitivity of the donor and acceptor charges. We apply a level-set based multimaterial hydrocode with reactive flow models for pentolite donor and heavily aluminized RDX as acceptor charge. The complex shock interaction, critical gap thickness, acoustic impedance, and go/no-go characteristics of the pyrotechnic system are quantitatively investigated.
인공위성은 태양전지판 전개, 통신 안테나 전개, 관측 장비에 대한 오염방지 덮개, 추진계의 파이로테크닉 밸브 및 리튬-이온 셀 모듈 바이패스 장치 등 다수의 분리장치들을 포함하고 있다. 파이로테크닉 회로로 동작되는 분리장치의 기폭제들은 단발성으로 동작되기 때문에 기폭제 구동은 성공적 임무 수행을 위해 필수 요소이다. 파이로테크닉 회로는 안전을 위한 스위칭 네트워크를 포함해야 한다. 일반적인 스위칭 네트워크는 기폭제 점화 동안 스위칭 과도상태 전류를 취급하기 위해 높은 정격 전류 용량의 점화 스위치로 구성되는 단점이 존재한다. 파이로테크닉 회로는 기폭제가 메인버스에서 점화되면 버스에서 요구되는 첨두 전력을 감소시킬 수 있는 전력 조절 기능을 필요로 한다. 본 논문은 기폭제 점화 동안 스위칭 과도상태 전류를 취급하기 위해 높은 정격 전류 용량의 점화 스위치로 구성되는 단점을 극복하기 위해 점화 스위치를 작동시키기 위한 점화 명령에 동조된 파이로테크닉 회로를 설계한다. 파이로테크닉 회로는 점화스위치들이 점화 전류를 전달만 하고 스위칭을 하지 않는 것을 보증하기 위해 점화 명령에 동조되어 전류 제한된 윈도우 펄스 점화 전류를 제공한다. 전류 제한된 윈도우 펄스 점화 전류는 스위칭 네트워크에서 낮은 정격 전류 용량과 가벼운 무게의 스위치 사용을 가능하게 한다. 파이로테크닉 회로의 전류 제한 기능은 기폭제에 공급하는 전압을 감소시키고 첨두 버스 전력을 감소시키는 전력 조절 효과를 제공한다. 정지궤도위성 개발에 적용하기 위해 파이로테크닉 회로는 개발 모델에서 시험하여 기능을 검증하였다.
The tenn "Pyrotechnic Shock" or "Pyroshock" is used to describe short duration, high amplitude and high frequency transient structural responses in aerospace vehicle structures..The transients are generally initiated by firing of an ordnance item to separate or release a structural member of fastener. The objective of this paper is to present a set of pyrotechnic shock environment information - specific characteristics induced by many separation devices, prediction, testing, measurement and analysis methods of pyroshock environment. In addition, it is introduced the application of pyrotechnic shock test in Korean aerospace development program.
최근 우수한 충격 저감 효과로 인해 파이로테크닉 분리 장치의 한 종류인 저충격 파이로 테크닉 분리 너트에 많은 관심이 주어지고 있다. 하지만 파이로테크닉 분리 너트의 경우 일반 너트 대신 분할 너트가 사용되기 때문에 볼트 풀림 거동에 대한 연구가 충분히 이루어지지 않은 측면이 있다. 이에 본 연구에서는 Junker 진동시험을 준거삼아 볼트 풀림 해석을 수행하였다. 해석은 크게 두 단계로 이루어져 있다. 첫 번째 단계는 체결토크를 이용하여 볼트를 분리너트에 체결하는 과정이고, 두 번째 단계는 횡 방향 가진을 통해 볼트가 풀리는 과정이다. 이러한 과정을 통해 볼트 풀림 거동을 얻을 수 있었다. 또한 신뢰성 있는 파이로테크닉 분리 너트의 설계를 위해 체결부 틈새가 볼트 풀림 거동에 미치는 영향을 고찰하였다.
Pyroshock produced by the pyrotechnic devices can induce failures in nearby electronic devices. To handle and mitigate pyroshock inducing problems, appropriate measurement of pyroshock is essential. In this study, pyroshock measurement technique is established using laser Dopper vibrometers (LDVs) and shock accelerometers. Pyroshock produced by the explosive bolts and the pyrotechnic initiators under various environments is measured. The characteristics of pyroshock including the effects of supporting structures, propagation form on thin plate, sensor (contact and non-contact) types are discussed.
The effect of the ignition delay time gap is newly studied. The operational characteristics of the linked two pyrotechnic thrusters are affected by the time gap. Although two thrusters are simultaneously ignited, the time at which the pressure starts to rise in each thruster may not be synchronized. The characteristic of the system with the time gap is compared with that of the fully synchronized system without any time gap. Depending upon the magnitude of the time gap, the pressure-time profile and the ballistic performance are different. When two pyrotechnic thrusters have a time gap, the peak pressure of one thruster(in which the pressure is built up earlier) is increased and the other is decreased. As the time gap is increased, the peak pressure is converged into the maximum pressure. This maximum pressure can be obtained when only one thruster is activated. Because the maximum pressure is bounded, it is predicted that there isn't any catastrophic failures in the considered system. When the time gap is relatively small, the impulse of the combined force acting on the moving body is almost maintained. But the ballistic performance of the system with a large time gap should be carefully estimated because the reduction of the ballistic performance should not be easily neglected.
본 논문은 기존 파이로 부품인 폭발볼트의 기능을 그대로 유지하면서 분리시 발생되는 파편 및 충격파의 악 작용과 파편을 완벽히 제거할 수 있게 형상기억합금(Shape Memory Alloy)을 이용한 분리장치(Fangibolt) 모델의 설계 및 모사에 관한 연구이다. Frangibolt는 기존 폭발볼트에서 사용하는 분리화약을 사용하지 않고 스마트 소재인 형상기억합금의 온도에 따라 변화되는 미세조직에 따른 응력생성을 이용하여 파이로 장치를 분리시키는 Non Pyrotechnic 장치로써, 실제 Frangibolt노치부에 생성되는 응력의 분포 및 분리거동을 해석함으로써 Frangibolt 설계에 필요한 인자를 파악할 수 있었다. 또한 볼트 설계방법의 최적화를 제시함으로써 향후 다른 종류의 SMA을 이용한분리장치 설계 및 해석 모델에 기초자료를 제공할 수 있을 것이다.
벤트홀로 연결된 두 개의 가변 체적 챔버를 가지고 있는 파이로테크닉 분리 너트는 복잡한 과정을 통해 분리를 수행하므로 많은 설계 인자를 가지고 있다. 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 파악하면 설계 개선 방향을 결정하는데 도움이 될 수 있다. 이에, 선행 연구를 통해 개발한 파이로테크닉 분리 너트 거동 예측 모델을 이용하여 매개변수 연구를 수행하였다. 다른 설계 인자의 값은 고정한 상태에서 한 설계인자의 값을 독립적으로 변화시키며 분리 시간이 어떻게 달라지는지, 변화의 원인이 무엇인지를 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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