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반작용휠 및 휠 교란 모델링에 관한 해석적 연구
Numerical Study on a Reaction Wheel and Wheel-Disturbance Modeling

김대관    (한국항공우주연구원 위성제어팀   ); 오시환    (한국항공우주연구원 위성제어팀   ); 용기력    (한국항공우주연구원 위성제어팀   ); 양군호    (한국항공우주연구원 통해기체계팀  );
  • 초록

    반작용휠의 경우 위성 탑재체에 영향을 미치는 가장 큰 고주파수 교란 중 하나로 평가되고 있다. 위성의 높은 지향-안정성 보장과 영상품질 향상을 위해서 이러한 진동원들에 대한 진동저감장치의 적용이 요구되고 있다. 따라서 효과적 진동저감장치 개발을 위해서는 반작용휠의 정확한 휠/교란 모델링이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 반작용휠 구조모델과 교란에 대한 모델링 기법에 대해서 기술하였다. 해석적 휠 및 교란모델을 이용하여 플라이휠의 구동에 의해 발생하는 교란력을 계산하였다. 휠의 교란력에 대한 주파수 특성을 이용하여 휠/교란 모델 변수들의 추정기법을 제시하였으며, 모델링 기법의 정확성을 해석적으로 검증하였다. 또한, 다양한 교란력 계수 추정법을 비교하여 본 연구에서 제시한 휠 및 교란 모델링 기법의 필요성을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 제시한 휠 및 교란 모델링 기법은 휠 진동저감 장치의 개발에 유용한 모델로 활용될 것으로 판단된다.


    Reaction wheel assemblies(RWA) are expected to be one of the largest high frequency disturbance sources to the optical payload of satellites. To ensure the tight pointing-stability budget and high image quality of satellites, a vibration isolation device should be applied to the main disturbances. For developing the isolating system, the disturbances need to be identified and modeled accurately. In the present study, a modeling technique of RWA and its disturbance was described. The micro-vibration disturbances were generated numerically by using an analytical wheel and disturbance model. The parameter estimation scheme of the model was suggested, and the RWA and disturbance modeling technique was verified through the numerical example analysis. The analytical results show that the wheel and disturbance model can be accurately established by using the modeling technique proposed in the present study. The wheel and disturbance model is expected to be useful for development of the RWA isolator system.


  • 주제어

    반작용 휠 .   미소진동 .   휠 모델 .   교란 모델 .   전달력.  

  • 참고문헌 (12)

    1. Liu, K., Maghami, P., and Blaurock, C., 2008, "Reaction Wheel Disturbance Modeling, Jitter Analysis, and Validation Tests for Solar Dynamics Observatory", AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit, pp. 6280-7404. 
    2. Doyle, K. B., Genberg, V. L., and Michels, G. J., Integrated Optomechanical Analysis, The International Society for Optical Engineering (SPIE), 2002. 
    3. Holst, G. C., Electro-Optical Imaging System Performance, JCD Publishing and The International Society for Optical Engineering (SPIE), 2003. 
    4. Masterson, R. A., Miller, D. W., and Grogan, R. L., 1999, "Development of Empirical and Analytical Reaction Wheel Disturbance Models", AIAA 40th Structural Dynamics and Materials Conference, AIAA-99-1024. 
    5. 전동익, 서윤경, 오화석, 2002, "위성 자세 안정성 분석을 위한 반작용휠 외란의 실험적 모델링 ", 한국항공우주학회 추계학술발표회, pp. 711-714. 
    6. 오시환, 이승우, 2002, "인공위성 반작용휠의 미소진동 측정, 해석 및 저감 기술", 한국항공우주학회지, Vol. 30, No. 8, pp. 126-132.     
    7. 오시환, 이선호, 임조령, 최홍택, 용기력, 2008, "반작용휠과 구조모델의 진동간섭 영향 검증 시험", 한국항공우주학회 추계학술발표회, pp. 1431-1434. 
    8. de Weck, O., 1998, "Reaction Wheel Disturbance Analysis", MIT SSL Memo. 
    9. Masterson, R. A., and Miller, 1999, "Development and Validation of Empirical and Analytical Reaction Wheel Disturbance Models", Thesis of Master Degree at MIT. 
    10. Masterson, R. A., Miller, D. W., and Grogan, R. L., 2002, "Development and Validation of Reaction Wheel Disturbance Models: Empirical Model", Journal of Sound and Vibration, Vol. 249, No. 3, pp. 575-598. 
    11. Ehrich, F. F, "Handbook of Rotordynamics", McGraw-Hill, 1992. 
    12. 김대관, 2009, "시험 데이터를 이용한 반작 용휠 모델링 및 수직편차가 미소진동 해석에 미치는 영향", KARI-SCT-TN-2009-006. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (5)

    1. Kim, Dae-Kwan ; Oh, Shi-Hwan ; Lee, Seon-Ho ; Yong, Ki-Lyuk 2011. "An Experimental Study on Micro-vibration Measurement Methods of a Reaction Wheel" 한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, 21(9): 828~833     
    2. 2012. "" International journal of aeronautical and space sciences, 13(1): 64~73     
    3. Kim, Dae-Kwan ; Yong, Ki-Lyuk ; Choi, Hong-Taek ; Park, Gee-Yong 2012. "Micro-vibration Test on a Two-axis Gimbal Antenna System with Stepping Motors" 한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, 22(11): 1042~1048     
    4. Park, Geeyong ; Lee, Dae-Oen ; Yoon, Jae-San ; Han, Jae-Hung 2014. "Analytical & Experimental Study on Microvibration Effects of Satellite" 한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, 24(1): 5~13     
    5. Park, Geeyong ; Suh, Jong-Eun ; Lee, Dae-Oen ; Han, Jae-Hung 2016. "Performance Evaluation of RWA Vibration Isolator Using Notch Filter Control" 한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, 26(4): 391~397     

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