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장력을 받는 유연한 전개형 Solar Array의 열적 진동 응답에 관한 연구

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Author(s)
이항서
Issued Date
2021
Abstract
Since humans have used airplanes to fly in the sky, space structures such as artificial satellites and the International Space Station (ISS) with various missions are launched into the orbit of the earth and operated in order to continue a more prosperous life. These space structure are independently operated for a long time in outer space, it has a characteristic that it must generate and maintain the power required for operation by a solar cell system. In addition, recent space structures tend to be enlarged in accordance with the increase in the required mission and accuracy. The solar cell system, which is the power source, is also required to be reduced in weight as much as possible because it has to be transported by rockets from the ground to orbit in terms of economy and efficiency in spite of increasing in size by the required power increases.
A space structure with these requirements does not require high rigidity to support a load due to its own weight, unlike the ground. Therefore, space structures such as solar cells are characterized in that they tend to be light and flexible structures such as beams, membranes, and plates, compared to structures on the ground. A light and flexible structure has a high tendency to easily deform and vibrate by a slight load or disturbance, and may have a fatal effect on the structure.
Flexible space structures that perform missions in space environments are apt to vibrate by the rapid change of solar heat flux and temperature gradient inside the structure during the night-day transition. The phenomenon that causes such a dynamic response is generally referred to as "thermal induced vibration", and is one of the phenomena occurring in space. The cause of this phenomenon is that, the structure on the ground have high rigidity, the influence of the inertial force can be neglected, but in a flexible structure, it is easily affected by the inertial force, which causes vibration.
If the thermal induced vibration problem is predicted in an analytical method and it is not reflected in the design, the unstable dynamic response will have a great effect on the space structure, and high-resolution images and data cannot be obtained. Therefore, in order to operate an efficient mission in space, it is necessary to effectively control the vibration of the satellite body due to interference and force caused by thermal induced vibration in flexible structures such as solar panels and antenna booms.
An example of this actually happening is the problem that occurred in the Hubble Space Telescope (HST) launched in 1990. The problem that occurred in this HST is the problem of spherical aberration of the main reflector and the vibration problem called “Pointing Jitter”, which occurred from the beginning of the first image data transmission. Among them, the vibration problem was determined to be caused by the solar array. Through this repair and replacement mission, damage to the solar array boom and distortion deformation of the solar array were discovered.
Therefore, in this paper, the solar array of HST is modeled as a simple model with beams and membranes, and the phenomenon of thermal induced vibration is verified and analyzed by natural vibration analysis and dynamic response analysis and experimental method considering the coupling of bending and torsion, and heat and structure.
Alternative Title
Study on Thermal Vibration Response of Flexible Deployable Solar Array Subjected to Tension
Alternative Author(s)
Lee Hangseo
Affiliation
조선대학교 일반대학원
Department
일반대학원 기계시스템·미래자동차공학과
Advisor
김경석
Awarded Date
2021-08
Table Of Contents
LIST OF TABLES V
LIST OF FIGURES VI
Nomenclature X
Abstract XIV

제 1 장 서 론 1
제 1 절 연구 배경 1
제 2 절 기존의 연구 3
제 3 절 연구 목표 및 내용 5

제 2 장 해석 모델 8
제 1 절 해석 모델의 구성 8
제 2 절 해석 모델의 치수 및 물성치 10

제 3 장 고유 진동 해석 12
제 1 절 정식화 12
제 2 절 해석 결과 17
1. 고유진동수 및 진동 모드 17
2. 평균 축 압축 하중의 영향 20

제 4 장 동적 응답 해석 23
제 1 절 정식화 23
1. 온도 영역 23
2. 변위 영역-열·구조의 비연성 24
제 2 절 해석 결과 31
1. 시간 변화에 따른 Boom의 끝단 처짐(P=14.75N) 31
2. 시간 변화에 따른 Boom의 끝단 최대 굽힘모멘트(P=14.75N) 32
3. 시간 변화에 따른 Boom의 끝단 처짐(P=12.75N) 32
4. 시간 변화에 따른 처짐 해석 결과의 확대(P=14.75N) 34

제 5 장 실험에 의한 검증 35
제 1 절 실험의 개요 35
제 2 절 실험 장치의 구성 35
1. 실험 모델과 장치 35
가. 실험 모델의 구성 35
(1) Spreader Bar의 구성 및 물성치 35
(2) Boom의 구성 및 물성치 36
(3) Blanket의 구성 및 물성치 37
(4) Boom의 상단부 37
(5) Boom과 Spreader Bar의 결합부 38
(6) Blanket와 Spreader Bar의 결합부 40
(7) Blanket 상단 고정부 41
나. 실험 장치 42
(1) 실험 장치 개요 42
(2) 실험 장치의 상부 43
다. 가열 장치 및 측정 장치 44
(1) 히터 및 단열판 44
(2) 측정 장치 46
라. 진공 챔버 47
제 3 절 실험의 구성 및 실험 방법 48
1. 실험의 개요 48
2. Boom의 끝단 처짐의 측정 48
3. Boom의 축 압축 하중의 검출 49
4. 주파수 검출 51
제 4 절 이론 해석 결과 및 실험 결과 52
1. 시간 경과에 따른 Boom의 끝단 처짐 52
가. 대칭 모델 52
나. 비대칭 모델 55
2. 축 압축 하중의 영향 57
가. 평균 축 압축 하중과 정적 처짐의 관계 58
나. 평균 축 압축 하중과 동적 진동의 진폭과의 관계 59
3. 외부조사량의 영향 60
가. 외부조사량과 정적 처짐의 관계 60
나. 외부조사량과 동적 진동의 진폭과의 관계 61
4. 주파수 스펙트럼 해석 62
가. 대칭 모델 63
나. 비대칭 모델 65
5. 대기중과 진공의 영향 66

제 6 장 열-구조 연성을 포함한 동적 응답과 안정성 판별 69
제 1 절 정식화 69
1. 온도 영역 69
2. 변위 영역 73
3. 근이해의 계산 76
4. 준정적 해석 81
5. 안정성 판별 82
6. 동적 해석 83
제 2 절 해석 결과 86
1. 준정적 응답 86
2. 열-구조 연성의 효과 88
3. 안정성 판별 89
4. 동적 응답 91

제 7 장 결론 96

참 고 문 헌 99
Degree
Doctor
Publisher
조선대학교 대학원
Citation
이항서. (2021). 장력을 받는 유연한 전개형 Solar Array의 열적 진동 응답에 관한 연구.
Type
Dissertation
URI
https://oak.chosun.ac.kr/handle/2020.oak/18464
http://chosun.dcollection.net/common/orgView/200000503620
Appears in Collections:
General Graduate School > 4. Theses(Ph.D)
Authorize & License
  • AuthorizeOpen
  • Embargo2021-08-27
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