상용 기성품 모터로 항공 우주 및 방위 개발 시간 단축

상용 기성품 모터로 항공 우주 및 방위 개발 시간 단축

"상용 기성품"(COTS)이란 일반적으로 기성품으로 쉽게 사용할 수 있는 표준 상용 또는 산업용 등급의 제품을 일컫습니다. 항공 우주 및 방위(A&D) 시장의 프로젝트는 대부분 극한의 환경에서 작동할 수 있는 견고하고 내구성 있는 제품을 개발하기 위해 엄격한 사양을 요구합니다. COTS 제품은 까다로운 조건을 충족하고 제품 개발 시간을 대폭 단축할 수 있는 적절한 소재나 구성 요소를 사용해 수정할 수 있습니다.

A&D 응용분야의 COTS 모터 솔루션은 보통 초기 시제품을 빠르게 만들어 개념 증명을 검증하기 위한 기점에 불과합니다. 그런 다음 설계 과정에서 모터 또는 드라이브를 여러 차례 반복해서 수정하고, 사용을 위한 광범위한 검증 테스트를 거치게 됩니다. 군 사양에는 환경 조건과 관련된 여러 가지 요구 사항이 포함되어 있으며, ISO 및 품질 시스템 요건과 관련된 중요한 제조 요구 사항도 존재합니다. 이러한 일반적인 문제를 고려한다 해도 기본 설계로 COTS 모터 제품을 사용하면 여전히 프로젝트 주기 시간을 단축할 수 있습니다.

COTS 제품 대신 택할 수 있는 방법은 방산 회사가 모터 제조업체와 계약을 체결하여 원하는 사양을 충족하는 제품을 설계 및 개발하는 처음부터 설계(design-from-scratch) 접근 방식입니다. 이 방법은 COTS 접근 방식에 비해 훨씬 더 많은 시간이 소요될 수 있으며 상당한 비용이 들 수 있습니다. 또한 필요한 모터 설계와 A&D 관련 응용분야의 경험을 갖춘 제조업체를 찾기가 어려울 수도 있습니다.

처음부터 설계 접근 방식에는 생산 가능 도면을 제작하고 제조용 도구를 제작하고 프로세스 설명서를 작성하는 작업이 포함됩니다. 기성품 설계에는 설명서와 도구가 이미 구성되어 있습니다. 새 모터 설계와 관련된 도구는 완성하는 데 1년 이상 걸릴 수 있지만, COTS 제품에는 이미 도구 작업이 완료되어 있습니다. COTS 솔루션과 관련된 시간과 비용은 사양에 맞춰 조정하는 데 필요한 수정 작업에 중점을 둡니다. Portescap과 같은 숙련된 제조업체와 협력하면 군 사양 응용분야의 일반적인 문제를 해결하는 솔루션을 찾는 데 할애하는 시간이 최소화됩니다. Portescap의 광범위한 제품 포트폴리오를 통해 기성품 솔루션을 쉽고 효율적으로 맞춤화하고 전체 개발 시간을 단축할 수 있습니다.

항공 우주 및 방위 응용분야의 요구 사항을 충족하기 위한 사양 문제

대부분의 COTS 모터 설계는 최소한의 수정을 거치는 것만으로도 여러 가지 기본적인 군 사양 요구 사항을 충족할 수 있지만, 다음과 같은 일반적인 사양을 추가로 고려해야 할 수도 있습니다.

충격과 진동
넓은 온도 범위
압력(진공)

충격/진동 요구 사항에는 일반적으로 작동/비작동 설정 상태 모두에서 모터에 작용할 수 있는 더 큰 축방향/방사형 힘이 수반됩니다. 기계나 장비를 보관 시설에서 활동 현장으로 운반하는 중에 비작동력이 발생할 수 있으며, 미사일 핀 액추에이터에서 발생하는 힘과 같은 큰 충격력과 진동력이 발사 중에 작용할 수 있습니다. 대부분의 경우 충격과 진동 사양은 충격 부하를 견딜 수 있는 더 견고한 솔루션으로 표준 베어링 시스템을 업그레이드하여 충족할 수 있습니다. 피드백 요소 또한 인코더 유리 디스크를 리졸버나 자기 스케일처럼 잘 깨지지 않는 솔루션으로 교체하여 내구성을 강화해야 합니다.

군 사양은 장비가 모든 유형의 극한 조건에서 작동해야 하기 때문에 넓은 온도 범위를 고려해야 합니다. 항공기 연료 밸브 액추에이터는 이륙에서 고공 작동으로 전환할 때 극한의 온도에 노출될 수 있습니다. 다양한 모터 소재가 각각 다른 속도로 팽창 또는 수축되어 모터를 손상시킬 가능성이 있으므로 온도 변화의 속도를 고려해야 할 수 있습니다. 표준 모터는 베어링의 윤활 수준을 조정하여 저온/고온의 요구 사항을 충족하거나,권선 및 절연 시스템의 소재를 변경하여 온도의 양극단을 감당하는 등의 방식으로 이러한 변화에 적응하도록 수정할 수 있습니다.

진공 상태의 경우 다양한 문제를 해결해야 합니다. 고공 항공기와 우주선은 모터가 열을 발산하는 능력에 영향을 주는 초저압 진공 환경을 경험하게 됩니다. 나노 위성 태양 전지판 포지셔닝 액추에이터는 위성이 궤도 고도 위치에 도달할 때 작동해야 하며 안정적이어야 합니다. DC 브러시 모터의 표준 브러시 소재는 높은 고도나 진공 상태에서 작동하지 않을 수 있습니다. 베어링 윤활의 가스가 방출되면 베어링 수명에 영향을 끼치거나 불필요한 미립자로 진공 환경이 오염될 수 있습니다. 이러한 각각의 문제는 표준 브러시와 정류자의 소재를 진공 요구 사항에 적합한 소재로 대체하고, 모터 통합의 일부로 추가 열 방산 방법을 통합하고, 가스 방출 및 군 사양 윤활유 문제를 해결할 소재를 선택함으로써 타개할 수 있습니다.

A&D 계약업체에 다양한 이점을 제공하는 COTS 솔루션

방산 계약업체는 기존 설계의 장점을 가져오고 모터 제조업체의 경험을 활용하여 솔루션을 맞춤화할 수 있습니다. 이러한 "동일하지만 각기 다른" 접근 방식을 통해 다음과 같은 이점을 누릴 수 있습니다.

경쟁력 있는 가격

COTS 모터 설계는 경쟁력 있는 가격과 짧은 리드 타임으로 시장에서 쉽게 구할 수 있으며, 신뢰할 수 있는 제조업체나 대리점망을 통해 직접 구입할 수 있습니다.

숙련된 모터 제조업체 선택

많은 제조업체가 열악한 산업 환경에 적합한 안정적인 모터 솔루션을 제공하고, 환경 요구 사항에 특화된 경험을 갖추고 있으며, 응용분야별 테스트(요구 사항에 따라 제조업체 내부 또는 외부 시설에서 수행)를 지원할 수 있습니다.

고객의 요구 사항을 지원하는 개발 시간

빠른 시제품을 개발할 수 있는 COTS 제품을 사용하면 설계자가 중요한 사양을 충족하는 데 필요한 특정 수정 사항에 초점을 맞출 수 있습니다. 이 방법은 전체 설계 주기를 단축할 수 있으며 이는 절감된 NRE 비용을 통해 확인할 수 있습니다.

최신 기술과 최적화된 성능

제조업체에서 최신 가용 기술을 기반으로 설계를 개선하고 확장함으로써 방산 계약업체가 소재 및 제조 절차에 현재의 발전 사항을 활용할 수 있습니다. Portescap은 그동안 쌓은 경험을 기반으로 A&D 응용분야의 다양한 환경 문제를 해결하고, 자석 기술의 발전과 새로운 모터 제조 개념을 활용하는 새로운 모터 기능을 개발합니다. 처음부터 설계하는 솔루션을 사용하는 것에 비해, 널리 사용되는 상용 제품을 활용하면 유의미한 실제 신뢰도 데이터 또한 얻을 수 있습니다.

결론

A&D 응용분야용 솔루션을 개발하기 위한 COTS 접근 방식은 특정 요구 사항을 지원하기 위해 최선을 다하는 협조적이면서도 협업에 강한 공급업체와 함께해야만 실현할 수 있습니다. 최적의 솔루션은 설계 엔지니어가 아이디어 도출 과정 초기에 모션 솔루션 공급업체와 협력할 때 만들어집니다. COTS를 활용하는 데 있어 특히 중요한 요소는 시제품용 표준 제품을 소규모 배치로 맞춤화하는 제조업체의 능력입니다. 이는 최종 설계를 승인하기 전 여러 단계를 거치는 반복적인 절차일 수 있습니다. 많은 A&D 응용분야에서는 높은 수익을 올리기 전 장기간의 일정 동안 꾸준히 제품을 제공할 수 있도록 최선의 노력을 다할 것을 요구합니다. 여기에는 초기 시제품, 적격성 테스트, 그리고 최종 제품 승인을 위한 맞춤화가 포함됩니다. Portescap은 군 사양 응용분야의 요구 사항을 이해하며, 엄격한 요건을 충족하기 위해 표준 제품을 맞춤화하는 데 있어 입증된 실적을 보유하고 있습니다.

요약하자면, 상용 기성품(COTS)의 맞춤화는 A&D 응용분야에서 핵심 프로그램의 개발 작업을 가속화하며 시간을 절약하는 데 도움이 되는 솔루션입니다. 혁신적인 기능을 희생하거나 시장 출시 속도를 저하시키지 않으면서도 극한의 환경에서 안정적으로 작동하도록 제품을 수정할 수 있습니다.

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그림 1 - 전체 개발 시간
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그림 3
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