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Jun 04, 2023

추력 스탠드 대책 추력

린든 B. 존슨 우주 센터(텍사스주 휴스턴) 원격 조종 카메라와 같은 소형 장치의 궤도 추진을 위한 소형 저온 가스 추진기 개발

린든 B. 존슨 우주센터, 텍사스 주 휴스턴

원격 조종 카메라와 같은 소형 장치의 궤도 추진을 위한 소형 저온 가스 추진기의 개발과 우주비행사 추진 배낭에 포함되기 때문에 0.04~0.8lb(0.2~3.6N) 범위의 추력을 측정해야 할 필요성이 생겼습니다. 또한, 진공 환경은 물론 1기압(0.1MPa)의 공기 중에서, 그리고 광범위한 추진제 입구 압력에 걸쳐 추력을 측정해야 했습니다. 이러한 측정을 위해 극복해야 할 주요 장애물은 추력 측정, 특히 1/4lb(1N) 미만의 추력 측정에 영향을 주지 않고 저온 가스 추진제(압축 질소 가스)를 추진기에 전달하는 문제를 해결하는 것이었습니다.

더 큰 추력을 측정하는 방법에는 추진제를 전달하기 위해 유연한 튜브 또는 회전하는 유체 커플링을 사용하는 것이 포함됩니다. 그러나 현재의 낮은 추력 응용 분야에서는 유연한 튜브가 추력 센서에 가하는 힘이 측정되는 추력에 비해 클 것입니다. 또한 유연한 튜브에 의해 생성된 힘은 추진제 압력의 변화에 ​​따라 달라지며 추력 센서에 축외 하중을 적용합니다. 회전하는 유체 커플링의 내부 마찰력과 압력에 따른 이러한 힘의 변화는 낮은 추력에 비해 너무 커서 측정할 수 없습니다.

그림은 진공이나 대기압의 공기 중에서 작은 추력을 측정하기 위해 설계된 추력 스탠드의 단면도입니다. 쉽게 사용할 수 있는 도넛형 로드 셀이 추력 센서로 사용됩니다. 도넛 구성은 중앙 구멍을 통해 추진제 유동 경로가 스러스터 및 로드 셀 모두와 동축이 되도록 할 수 있기 때문에 선택되었습니다. 로드 셀에는 로드 셀 출력의 과도한 압력 관련 변화를 방지하기 위해 내부 공동의 공기 압력이 항상 주변 공기의 압력과 동일하도록 환기 포트가 장착되어 있습니다.

로드 셀을 통해 추진체로 추진제를 동축으로 전달하기 위해 플랜지 어셈블리와 흐름 줄기가 포함되어 있습니다. 플로우 스템은 스러스터에서 로드 셀로 추력을 전달하는 스러스터 장착 피팅의 일부이기도 합니다. 스러스터, 로드 셀 및 흐름 줄기의 동축 배열은 모든 축외 하중을 제거합니다.

흐름 줄기는 상단 및 하단 플랜지를 통해 돌출되도록 설계되어 추진제 압력이 반대 방향으로 줄기에서 축 방향으로 균형을 이룹니다. 이는 정압과 추진제의 정압 변화로 인해 로드 셀에 가해지는 힘을 무효화하기 위해 수행되었습니다. 실제로 이 설계 기능은 258psi(1.78MPa)의 추진제 압력에서 힘의 98.7%[7.9lb 중 7.8(35.1N 중 34.7)]의 균형을 맞추는 성공적인 것으로 입증되었습니다.

설계 노력의 한 가지 초점은 주어진 추력에 대해 로드 셀의 일관된 반응을 허용하면서 질소 누출을 방지하기 위해 흐름 줄기와 플랜지 사이의 간격을 가장 잘 밀봉하는 방법에 대한 문제였습니다. 처음에 플랜지 통로는 내부 O-링 홈과 통합되었으며, O-링은 상단 및 하단 플랜지의 흐름 줄기에 대해 밀봉되었습니다. 로드셀이 완전히 편향되었기 때문에

씰의 이동을 방지하기 위해 흐름 줄기와 플랜지 사이를 씰링하는 대체 방법을 제공하기 위해 O 링을 실리콘 씰런트로 교체했습니다. 실런트가 경화되면 실런트가 플로우 스템과 플랜지에 접착되어 O 링 사용 시 발생했던 서로 다른 표면 사이의 미끄러짐 없이 고정된 형상을 보장할 것이라고 추론되었습니다. O 링과 마찬가지로 새로운 실리콘 씰은 미세하게 구부러지지만 O 링처럼 흐름 줄기를 따라 미끄러지거나 홈에서 이동하지 않습니다. 미경화 상태에서 적절한 점도와 경화 상태에서 적절한 전단강도를 갖는 주입형 실리콘 실런트가 선택되었습니다. 스러스트 스탠드를 조립하는 동안 실리콘 씰의 붓기와 경화를 지원하기 위해 조립 방법과 도구가 고안되었습니다. 실리콘 씰을 테스트하는 동안 최대 270psi(1.86MPa)의 압력에서 누출이 관찰되지 않았습니다.