한국항공우주학회지 (Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences)

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광섬유센서를 이용한 우주환경하에서 복합재료 적층시편의 노화에 따른 열팽창계수변화 측정

Measurement of CTE Change in a Composite Laminate with Aging under Space Environment using Fiber Optic Sensors

  • 강상국 (한국과학기술원 기계공학과 항공우주공학전공) ;
  • 강동훈 (한국과학기술원 기계공학과 항공우주공학전공) ;
  • 김천곤 (한국과학기술원 기계공학과 항공우주공학전공) ;
  • 홍창선 (한국과학기술원 기계공학과 항공우주공학전공)
  • 발행 : 2003.12.01
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초록

본 논문에서는 광섬유 센서를 사용하여 우주환경하에 노출된 그래파이트/에폭시 복합재 적층판의 열팽창계수의 변화를 측정하였다. 열변형률과 온도를 동시에 측정하기 위해서 두개의 FBG 센서를 사용하였다. 또한 열-진공 챔버를 사용하여 고진공, 자외선, 열적 사이클 등의 인자를 가지는 저궤도(LEO) 우주환경을 모사하였다. 예비실험으로써, 본 실험에서 사용되는 온도범위에 대해 FBG 온도센서를 기준온도계로부터 보정하였고 알루미늄 시편에 부착된 FBG 변형률 센서와 변형률 게이지(ESG)의 비교실험을 통해 FBG 변형률 센서의 사용가능성을 검증하였다. 검증된 FBG센서가 삽입된 그래파이트/에폭시 복합재 평판을 모사된 우주환경에 노출하여 일정한 노화간격마다 열팽창계수 변화를 실시간으로 측정하였다. 실험결과 1000 사이클 노화후의 열팽창계수는 노화전에 비해 대체적으로 큰 변화는 없었지만 전 온도구간에서 약간 감소하는 경향을 보였다. 이러한 현상은 가스방출(outgassing), 수분방출, 모재균열 등에 기인한다.

In this research, the change of coefficient of thermal expansion (CTE) of graphite/epoxy composite laminate under space environment was measured using fiber optic sensors. Two fiber Bragg grating (FBG) sensors have been adopted for the simultaneous measurement of thermal strain and temperature. Low Earth Orbit (LEO) conditions with high vacuum, ultraviolet and thermal cycling environments were simulated in a thermal vacuum chamber. As a pre-test, a FBG temperature sensor was calibrated and a FBG strain sensor was verified through the comparison with the electric strain gauge (ESG) attached on an aluminun specimen at high and low temperature respectively. The change of the CTE in a composite laminate exposed to space environment was measured for intervals of aging cycles in real time. As a whole, there was no abrupt change of the CTE after 1000 aging cycles. After aging, however, the CTE decreased a Little all over the test temperature range. These changes are caused by outgassing, moisture desorption, matrix cracking etc.

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참고문헌

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