In this study, effects of curing temperature and autofrettage pressure on a Type 3 cryogenic propellant tank, which is composed of composite hoop/helical layers and a metal liner, were investigated by thermo elastic analysis and composite/aluminum ring specimen tests. Temperature field of a Type 3 tank was obtained from solving the heat transfer problem and, in turn, was used as nodal temperature boundary conditions during the elastic analyses for curing temperature and autofrettage pressure effects. As a result, it was shown that the higher curing temperature was, the more residual compressive stress and tensile stress were induced in composites and metal liner, respectively. On the contrary, autofrettage pressure brought the reduction of these residual thermal stresses caused by cryogenic environments to the tank structure. This tradeoff for curing temperature and autofrettage pressure must be considered in the design and manufacturing stages for a Type 3 cryogenic tank.

본 연구에서는 열탄성 해석과 복합재/알루미늄 링시편 실험을 통해 성형 온도와 자긴 압력이 복합재와 알루미늄 라이너로 구성된 Type 3 극저온 추진제 탱크에 미치는 영향을 살펴보았다. 우선 Type 3 탱크의 온도분포를 구한 뒤 이를 경계조건으로 사용하여 성형온도와 자긴 압력의 영향을 고려한 탄성해석을 수행하였다. 그 결과 복합재의 성형온도가 증가할수록 복합재와 알루미늄 라이너에 각각 잔류압축응력과 잔류인장응력이 증가하였다. 한편 자긴 압력은 극저온 환경에 의해 유발된 잔류열응력의 감소를 초래하였으며 자긴 압력의 크기가 증가할수록 이러한 경향은 두드러졌다. 이러한 성형 온도와 자긴 압력의 영향은 Type 3 극저온 추진제 탱크의 설계 및 제작 단계에 반드시 고려되어야 한다.

Keywords: Curing temperature, Autofrettage pressure, Cryogenic, Type 3 tank, Thermo elastic analysis

Keywords: 성형온도, 자긴 압력, 극저온, 타입 3 탱크, 열탄성 해석