우주 발사체용 복합재 산화제 탱크 구조물의 극저온 열충격에 따른 투과도 성능 평가

• Published in: Composites Research(구 한국복합재료학회지) 2020, 33(5), , pp.309-314
• Main Authors: 김정명, Jung-myung Kim, 홍승철, Seung-chul Hong, 최수영, Soo-young Choi, 정상원, Sang-won Jeong, 안현수, Hyon-su Ahn
• Format: Article
• Language: Korean
• Subjects: Cryogenic; Permeation; Propellant tank; Thermal-shock; 극저온; 열충격; 재료공학; 추진제 탱크; 투과도
• ISSN: 2288-2103; 2288-2111

우주 발사체용 극저온 추진제 탱크 경량화를 위한 고분자복합재료의 적용은 방향성을 가지는 복합재의 특성으로 인해 기체 투과도 성능 규명이 선행되어야 한다. 이러한 특성은 탱크 안정성 및 탑재 연료량 산정과 같은 성능 및 경제성과 직결된 지표다. 본 연구에서는 구조해석을 통해 도출된 극저온 추진제 탱크의 구조에 대하여 2가지 두께에 대한 투과도를 실험적으로 평가하였으며, 나아가 극저온-상온 환경에 노출된 열충격 횟수에 따른 시편의 비가역적 특성에 대한 투과도 분석 결과를 포함한다. 연구에 사용된 복합재는 두께에 반비례하며 열충격 횟수에 비례하는 투과도 특성을 보였으며, 우주 발사체용 극저온 추진제 탱크 소재로 적절한 투과도 성능을 가지는 것을 검증하였다. Polymer composites were used to reduce the weight of the spacecraft's cryogenic propellant tank. Since these materials were directional, the permeability performance of the gas permeated or delivered in the stacking direction was an indicator directly related to performance such as tank stability and onboard fuel quantity estimation. In addition, the results of permeation measurements and optical analysis of the surface to verify the effect of the number of cycles exposed to the cryogenic-room temperature environment are included. As a result, the permeability was inversely proportional to the thickness and was proportional to the number of thermal shocks, and it was verified that the permeability performance was suitable for the cryogenic propellant tank material for the space launch vehicle.