Severe vibration and pyroshock are imposed to launch vehicles and satellites during the flight phases. In particular, intense pyroshock generated by separation devices can cause malfunctions of electric components in launch vehicles or satellites, resulting in a catastrophic failure of the launch operation. This study introduces two types of new pseudoelastic mesh isolators (named as “pseudoelastic mesh washer isolator” and “3-axis hybrid mesh isolator”) to attenuate pyroshock and vibration transmitted to the electric components. Pseudoelastic mesh washer isolator was characterized as a high-density washer type and manufactured by using the knitted mesh of a pseudoelastic SMA wire. 3-axis hybrid mesh isolator was manufactured by knitting both pseudoelastic SMA and stainless wires together to attenuate omni-directional pyroshock and vibration loads.
Quasi-static loading tests were performed to verify the isolation capability, and test results showed that nonlinear hysteretic loading characteristic of general mesh structure effectively dissipates vibration and shock energies; moreover, pseudoelastic effect of SMA wire absorbs energy significantly due to the stress-induced phase transformation. The ground pyroshock tests showed that the pseudoelastic mesh isolators have the ability of remarkable shock attenuation in all frequency range. Dynamic characteristic and isolation performances of the pseudoelastic mesh isolators were also verified by random vibration test. These characteristics can be effectively controlled by adjusting pre-compressive displacement for the pseudoelastic mesh washer isolator. Healthiness of 3-axis hybrid mesh isolator was studied under the harsh vibration loading level as well and the results confirmed its wide applicability without the degradation of isolation capability.
A series of verification tests showed outstanding isolation performances of two types of developed pseudoelastic mesh isolators. These isolators can be effectively used to isolate severe pyroshock and vibration transmitted to the electric components in the launch vehicle and satellite.
일반적인 발사체 및 위성은 임무 수행을 위한 비행 중 여러 이벤트를 지나면서 큰 진동 및 파이로 충격 하중을 경험하게 된다. 특히 선형 화약을 이용한 분리 장치를 적용하는 분리 이벤트에서는 극심한 파이로 충격이 유발되어 내부에 탑재된 전자 장비의 파손 또는 오작동이 발생할 수 있고 이러한 문제는 발사체 임무 수행 실패에 직접적으로 연결되게 된다. 본 연구에서는 진동 및 파이로 충격에 의한 전자 장비의 오작동을 방지하기 위해 형상기억합금 의탄성 효과를 기반으로 한 두 종류의 새로운 메쉬 절연계(의탄성 메쉬 와셔 절연계 및 3축 하이브리드 메쉬 절연계)를 소개하였다. 의탄성 메쉬 와셔 절연계는 의탄성 형상기억합금 와이어를 직조하여 제작된 와셔 형태의 메쉬 절연계이고 3축 하이브리드 메쉬 절연계는 모든 방향에 대한 절연 목적으로 의탄성 형상기억합금 와이어와 스테인리스 와이어를 같이 직조하여 제작된 메쉬 절연계이다.
각 절연계의 준정적 하중 시험을 통해 의탄성 와이어의 응력에 의해 유발되는 상변화 효과 및 메쉬 구조물 자체의 절연 특성에 의해 비선형 이력 하중 특성이 나타나고 이에 의한 절연 능력이 매우 뛰어남을 확인하였다. 파이로 충격 절연 성능을 확인하기 위해 지상 파이로 충격 시험을 수행하였고 주파수 전 영역 및 시간 영역에서 뛰어난 절연 성능을 보유함을 검증하였다. 또한 랜덤 진동 시험을 통해 각 절연계의 동특성 및 절연 성능 변화를 연구하였다. 의탄성 메쉬 와셔 절연계의 경우 초기압축변위의 조절에 의해서 뛰어난 절연 능력을 유지하면서도 효과적으로 동특성 제어가 가능함을 제시하였고 3축 하이브리드 메쉬 절연계는 큰 진동 하중 레벨에서도 성능 저하 없이 절연계의 건정성이 유지됨을 확인하였다.
이러한 일련의 시험을 거쳐 두 종류의 형상기억합금 의탄성 메쉬 절연계의 뛰어난 절연 성능을 확인하였고 발사체 및 위성에 장착된 전자 장비에 전달되는 진동 및 파이로 충격 절연에 대해 매우 효과적인 성능을 지니고 있음을 검증하였다.
