Orbital debris in orbit around the earth is a threat to spacecrafts since it causes hypervelocity impact. To prevent the damage from an impact by orbital debris, shield structures are installed to the outside of spacecrafts. In case of an unmanned spacecraft such as a satellite, a honeycomb sandwich panel(HC/SP) plays a role of the shield. After an impact between a HC/SP and orbital debris, the expansion of the debris cloud containing both projectile and facesheet fragments is resisted by honeycomb core cell walls. Then debris cloud is channeled within a finite number of honeycomb cells.
In present work, the honeycomb core size effect on the channeling in hypervelocity impact between orbital debris and a HC/SP is studied by using a commercial software AUTODYN. Furthermore, the influence of the channeling effect on the ballistic limit is investigated. To verify whether the hypervelocity impact is properly described by the numerical simulation, the results of the hypervelocity impact simulations regarding a single aluminum plate, a Whipple shield and a HC/SP performed with same condition as the experiments are compared with the experimental results. In case of an impact between an aluminum sphere projectile and an aluminum HC/SP, the analysis of the channeling with respect to the honeycomb core shape specification is performed with different honeycomb core cell sizes, cell wall thicknesses and core depths. Also, the variation of the damage of the HC/SP rear facesheet due to the channeling effect is studied. As a result of the analysis, it is shown that the channeling effect is mainly dependent on the honeycomb core cell size, and the channeling affects the ballistic limit of the HC/SP. In addition, the effective projectile diameter which means the amount of reduced critical projectile diameter due to the honeycomb core cell size is introduced and the method to modify the ballistic limit equation with the effective projectile diameter is proposed.
지구궤도 상에 존재하는 수많은 우주파편은 초고속으로 지구궤도를 선회하고 있어 우주구조물과의 충돌 시 심각한 손상을 일으킬 수 있는 위협적인 존재이다. 이러한 위협으로부터 우주구조물을 보호하기 위해 우주구조물의 외부에 충돌완화구조를 설치하는데 인공위성과 같은 무인우주구조물의 경우에는 구조물 외벽인 허니콤 샌드위치 패널이 충돌 완화 기능을 겸하고 있다. 우주파편과 허니콤 샌드위치 패널이 초고속으로 충돌하여 발생한 아주 작은 파편의 군집인 파편운은 허니콤 코어에 의해 분산이 저지되어 넓게 퍼지지 못하고 몇 개의 셀 관을 따라 흐르는 채널링 효과가 나타난다.
본 연구에서는 상용전산해석 프로그램인 AUTODYN을 사용하여 우주파편과 허니콤 샌드위치 패널의 수직 초고속 충돌 시 허니콤 코어의 형상 제원에 따른 채널링 효과를 분석하고, 채널링 효과가 탄도한계에 미치는 영향에 대해 기존에 개발된 탄도한계방정식과 비교하였다. 전산해석을 통해 초고속 충돌 현상이 잘 묘사되는지 확인하기 위해서 각각 알루미늄 판, Whipple 완화판, 허니콤 샌드위치 패널에 대한 초고속 충돌을 전산해석하고, 기존의 연구에서 수행된 동일한 조건의 실험결과와 비교하여 검증하였다. 알루미늄 구와 알루미늄 허니콤 샌드위치 패널의 초고속 충돌 문제에 대해 허니콤 코어의 셀 크기, 셀 벽두께, 코어 깊이를 달리하며 전산해석하여 허니콤 코어의 형상 제원에 따른 채널링 효과의 경향성을 분석하고, 채널링 효과로 인해 허니콤 샌드위치 패널의 뒤 판 손상이 어떻게 달라지는지 분석하였다. 분석결과, 허니콤 코어의 형상 제원 중 셀 크기가 채널링 효과 및 손상변화에 지배적임을 확인하였고, 셀 크기에 따라 허니콤 샌드위치 패널의 탄도한계가 달라지는 것을 확인하였다. 그리고 허니콤 코어의 영향을 기존의 탄도한계방정식에 반영하기 위해 유효 충돌체 직경을 도입하여 충돌체의 임계직경을 보정하는 방법을 제안하였다.
