DIC 적용 사례: 항공 우주 발사체 구조물 분석(Digital Image Correlation, Mars 2020, 변위, 변형률, 비접촉, 장비)

 

목차

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이번 포스트에서는 팜테크에서 제공하는 CSI 사의 VIC-3D DIC 시스템의 항공 우주 관련 적용 사례에 대해 설명하겠습니다. 

 

Mars 2020 Perseverance Rover의 화성 대기 안전 진입을 위한 Heat Shield 장치의 개발은 우주 탐사 분야에서 중요한 과제 중 하나입니다. 이 과정에서 Correlated Solutions의 VIC-3D DIC 시스템은 NASA Engineering and Safety Center 팀과 함께 협력하여 획기적인 역할을 하였습니다. 이 글에서는 DIC 기술의 개요와 Mars 2020 미션에서의 구현 방식에 대해 살펴보겠습니다.

 

 

 

Digital Image Correlation (DIC) 기술: 개요

 

DIC는 비접촉 측정 기술 중 하나로, 디지털 이미지를 활용하여 표면 및 강체의 변위를 정밀하게 측정하는 기술입니다. 이 기술은 움직이는 대상 또는 하중을 받는 구조물에서 고유한 특징의 상대적인 움직임을 모니터링하여 변위 및 변형을 분석합니다. DIC는 주로 움직임을 추적하기 위해 특징점 패턴(일반적으로 Speckle pattern 또는 Target)을 사용하며, 고화질 카메라와 이미지 해상도의 향상으로 3차원 변위 측정을 가능하게 합니다.

 

 

 

 

 

Mars 2020 미션에서의 DIC 기술 구현

Mars 2020 Heat Shield의 구조 테스트를 위해 DIC 기술은 특히 중요한 역할을 수행했습니다. 이 테스트에서는 외부 압력 하중을 시뮬레이션하여 진입 환경을 검증하였습니다. 주요 목표는 Heat Shield의 성능을 입증하고 비행 구조를 명확하게 하는 것이었지만, 설계 도구의 발전과 상관관계 분석 역시 고려되었습니다.

 

DIC 기술을 Mars 2020 Heat Shield 표면에 구현함으로써 전체 4.4 미터 직경의 Heat Shield 표면을 측정할 수 있었습니다. 이것은 DIC의 큰 장점 중 하나로, 주어진 변위 및 변형률을 등고선으로 나타내어 분석적 예측과 시각적으로 비교할 수 있었고, FE 모델과 직접적으로 비교하여 부족한 부분을 확인하는 데 도움이 되었습니다. 이를 통해 설계 변경이 가능해지며, Heat Shield의 경계 조건을 최적화할 수 있었습니다.

 

 

 

 

DIC 기술 vs. 기존 측정 기술

DIC 기술은 기존의 측정 기술과 비교하여 주요한 장점을 제공합니다. 가장 큰 장점은 "Full-field" 측정이 가능하다는 것입니다. 기존의 측정 기술은 지점별로 데이터를 제공하는 반면, DIC 기술은 수백만 포인트에 대한 분석을 수행할 수 있습니다. 이것은 세밀한 변위 및 변형 데이터를 얻는 데 매우 효과적이며, 구조물 설계 및 분석에 적합한 고급 기술임을 보여줍니다.

 

Digital Image Correlation (DIC) 기술은 Mars 2020 미션과 같은 복잡한 우주 탐사 프로젝트에서 혁신적인 도구로 사용되며, 대형 비행체의 구조 분석 및 설계 개선에 중요한 기여를 하고 있습니다. 이 기술의 발전은 미래 우주 탐사 미션에서도 더 나은 성과와 안전성을 제공할 것으로 기대됩니다.

 

 

 

 

 

 

Mars 2020 미션 DIC 기술 구현 관련 영상

 

https://www.youtube.com/watch?v=ehu-RmhICrk