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반작용휠-외팔보-관측장비 계의 지향각도오차 감소를 위한 가진부 절연 = A reaction wheel isolation for reduction of pointing error in the satellite observation model
서명 / 저자 반작용휠-외팔보-관측장비 계의 지향각도오차 감소를 위한 가진부 절연 = A reaction wheel isolation for reduction of pointing error in the satellite observation model / 허균철.
저자명 허균철 ; Hur, Gyun-Chul
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2014].
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The small amplitude vibrations generated by several actuators for controlling satellite attitude can degrade performance of the observation devices. Though there are many vibration sources in satellite, vibration primarily comes from the reaction wheel assembly (RWA). When the inner flywheel rotates, micro angular vibration is induced in observation devices. The amplitude of this angular vibration is so small. However, it can affect the quality of image because of long distance from satellite to the Earth. It is impossible to take a high quality images without isolation of vibration sources or an observation device. To reduce the disturbance from RWAs, many isolators have been developed for various satellite systems. A passive isolator using viscoelastic material has been widely used for reduction of small vibrations by RWA due to simplicity, where the isolator is mainly designed based on the transmissibility defined as acceleration or force ratio of ground and RWA. Those researches did not consider a path where the vibration is transmitted but the primary focus is how to reduce a transmitted force from RWA to surface plate or transmissibility of displacement when they are fixed rigidly. It is not guaranteed for reducing transmitted force at isolators to improve the performance of observation device. The reason why not to be guaranteed is occurrence of resonances which are related to satellite bus structure. So it must be considered dynamic characteristics of path of vibration and how much the angular vibration is affected by considering path. In this paper, the passive isolation method of RWA is suggested using a viscoelastic material. Since RWA excites flexible modes of bus structure in the frequency range of 20~300Hz significantly, angular vibration of observation device must be reduced in the same frequency range. The focus of isolation is additional consideration of dynamic characteristics in the path which transmits vibration in design. At first, engineering model of RWA is manufactured, and its dynamic characteristics are experimentally identified by measuring blocked force and moment while the RWA is coasting down from 3000 to 0 rpm. A cantilever beam is used as the path and RWA and observation devices are installed on it. By deriving the equation of motion of whole system using Lagrangian method, angular motion at observation device can be expected due to transmitted forces and moments from the RWA. To reduce the angular vibration at observation device, a stiffness of isolator is decided over considering whole sys-tems’ dynamic characteristics. Finally, through the comparison of experiments in terms of peak values at important frequency components and root mean square values over 20-300Hz using each isolation method, it is demonstrated that developed isolator have higher isolation perfor-mance in comparison to common design method considering force transmissibility of the isolator only.

인공위성 자세 제어 구동기인 반작용휠은 관측장비에 출력영상의 품질을 저하시키는 각변위 진동을 발생시킨다. 이때 발생하는 미소의 진동은 수십 마이크로 수준의 크기를 가지고 있어, 인공위성 자세제어 시스템으로는 제어가 불가능하다. 본 연구는 이와 같은 문제상황에서 반작용휠 때문에 발생하는 미소의 진동을 절연하기 위한 절연장치 설계 방법에 관한 연구이다. 기존의 연구들에서는 반작용휠을 절연하기 위하여 절연장치에서의 힘, 가속도 전달률이나 완전히 고정된 반작용휠로부터의 전달되는 힘의 크기를 줄이는 방향으로 절연요소를 설계하였다. 이러한 연구들의 특징은 반작용휠이 설치되는 위성본체나 영상장비에서의 동특성을 고려하지 않고 절연장치 자체에만 관심을 두었다는 것이다. 그러나 실제 반작용휠이 설치되는 위성본체는 수십 Hz의 공진주파수 들을 갖는 탄성구조물이다. 반작용휠은 내부 플라이휠의 불균형질량과 베어링 결함들로 인하여 다수의 주파수로 인공위성의 다수의 탄성 모드들을 가진한다. 이 때 위성본체에 발생하는 강제진동과 공진현상은 설치된 영상장비에서 지향벡터의 각변위 진동을 발생시키고, 결과적으로 출력영상의 악화를 가져온다. 이러한 다수의 반작용휠 가진주파수와 다수의 위성본체 공진주파수가 일치하여 발생하는 복합적인 진동문제를 다루고자 하는 것이 목표이다. 본 논문에서는 반작용휠의 절연장치를 설계하는데 위성본체(진동 전달부)와 관측장비(수진부)에서의 동특성을 추가로 고려하여 설계하였으며, 그 때의 절연성능이 절연장치에서의 전달률만을 고려하였을 때 보다 우수함을 입증하였다.

서지기타정보

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청구기호 {MME 14047
형태사항 iv, 62 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Gyun-Chul Hur
지도교수의 한글표기 : 김광준
지도교수의 영문표기 : Kwang-Joon Kim
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공,
서지주기 참고문헌 : p. 59-60
주제 반작용휠
지향각도오차
진동
절연
인공위성
reaction wheel assembly
pointing error
vibration
isolation
satellite
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