| 姓名 |
黃臣暉(Chen-Huei Huang,)
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畢業系所 |
機械工程學系 |
| 論文名稱 |
探空火箭回收艙之結構設計與品質管制
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| 摘要(中) |
本論文旨在探討我國探空八號火箭之酬載回收艙結構設計。探空八號回收試驗任務主要延續探六回收艙功能並且再次執行回收計畫。探八回收艙預計增加2.4GHz信號通訊功能，以提高回收機率，同時也將增加單機推進系統酬載，以進行太空中控制姿態等相關測試。因內部酬載重量增加，本次任務增加浮球裝置設計讓回收艙可在海面上漂浮，等待搜救任務。本論文亦探討品質控管，使得設計的缺失製造與測試前能有效管制並且進行改善，以確保設計品質並提高可靠度。
本次任務之回收艙是採用模組化的設計，在結構上依不同功能採用分層設計並且必須讓各艙內電控模組與儀器等在任務執行階段皆能相互通訊。針對各模組需求，規劃內部酬載原件與主結構結合設計，包含避震結構設計、窗戶結構設計、浮球機構開啟設計等重要設計，完成回收艙結構。其中在避震結構的設計上, 採八處楔形避振墊之密實設計方式, 除可以節省空間, 並可以有效加強在徑向, 軸向以及旋轉上的減震成效。而浮球開啟機構為首次使用非火工爆炸分離式(NEA)的設計理念以達成浮球外殼與艙體脫離，使浮球開啟填氣時，不會是任何電子模組受到衝擊等干擾。為避免重複探六在設計上的疏失，影響本次任務的成功。
本研究中亦分別利用失效樹分析(FTA)與失效模式與效應分析(FMEA)等兩種方法管制整體的設計品質。首先應用失效樹分析法找出當初探六回收艙在設計上對加工管制的不足，而可能會造成降落傘艙防護功能失效之原因，以避免探八回收艙犯相同的設計錯誤。同時也藉由失效模式與效應分析方法，建立設計審查表據以分析設計內容，以減少設計異常之發生，降低後續加工與任務執行失敗的機率。
探八回收艙目前已完成回收艙整體設計與雛型加工，設計仍待後續相關環境測試之驗證。而本研究所發展之失效模式與效應分析之設計品質管制方法，確實可改善目前的設計缺失，以提升整體的可靠度。
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| 摘要(英) |
The main purpose of the thesis is to design a reentry capsule for the Taiwan sounding racket mission 8. The reentry capsule is improved in this project based on the result of then sounding racket mission 6. The 2.4GHz channel communication module is attached to the reentry capsule,for example,which can increase the probability of rescue. In addition, a new payload module, the rocket combustion system, is included in the reentry capsule for attitude control test in the space. Because of the increased weight of the capsule in the project,a balloon device is developed so that the capsule can float on the sea as waiting for rescuing. This thesis also develops the quality control methods for design of reentry capsule. The possible faiures can be controlled and improved before manufacturing and the environment tests. The reliability of the designed capsule can be therefore increased.
Based on the concept of modular design, the reentry capsule is divided into different capsule modules according to the specified functions and mission. In order to enable the communication of the electric and electronic control modules in each capsule module, a special design for mechanical and also electrical connection between two adjacent capsule modules was also developed. Considering the requirements of each module,the different functional units such as suspension mechanisms for electronic devices and the shell-opening mechanism for the ballon-capsule were also integrated with the corresponding capsule module. By using wedge-cushions the suspension mechanism enables not only to reduce the vibrstions and impacts in axial, radial and rotational direction, but also to realize a compact design for the capsule. The shield-shell of the balloon capsule is opened by a separation mechanism using a non-explosive actuator. The design can prevent the impacts on the electronic control modules when the shield-shells are opening.
The design quality of the developed reentry capsule is also controlled by using “Fault Tree Analysis” and “Failure Mode & Effect Analysis”. The possible design defects of the last mission were at first analyzed by using “failure tree analysis”. The defects are redesigned and corrected to avoid the potential failures. Based on the methods of failure mode & effect analysis, the sheets for design review were also established, which are able to decrease the failure probability during manufacture and fly mission.
Up to now the design and prototype of the reentry capsule has been completed. The functions of the design must be validated by the further environment tests. However the quality control methods developed in the thesis was verified that they can improve the design quality and also increase the reliability.
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| 關鍵字(中) |
★ 品質管制
★ 結構設計
★ 探空火箭酬載回收艙 |
關鍵字(英) |
★ and quality control
★ reentry capsule of sounding rocket
★ structure design |
| 論文目次 |
摘要 ii
Abstract iv
目錄 vi
圖目錄 xi
表目錄 xvi
第1章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的及動機 4
1.3 論文架構以及流程 6
第2章 文獻回顧 7
2.1 返回艙任務回顧 7
2.1.1 SRE(Space capsule Recovery Experiment ，印度) 8
2.1.2 Soyuz TMA(Transport Modified Anthropometric，NASA) 9
2.1.3 TKS spacecraft(Transportniy Korabl Snabzheniya，Nasa) 12
2.1.4 Hayabusa spacecraft (Hayabusau，Nasa) 13
2.1.5 Orex(Orbital Re-entry Experiment 日本) 14
2.2 分離裝置 15
2.3 FTA以及FMEA實施以及應用 17
第3章 探八回收艙基本設計 18
3.1 概述 18
3.2 SR-8基本設計 20
3.2.1 設計概念 20
3.2.2 模組化概念 24
3.3 SR-8回收艙整體架構 24
3.4 回收艙整體需求 26
3.4.1 任務特點 27
3.4.2 空間配置以及功能需求 29
3.4.3 材質以及隔熱需求 30
3.5 結構設計要求 31
3.6 回收艙結構詳細設計流程 36
第4章 回收艙主結構設計 38
4.1 系統組成 38
4.2 設計原理 40
4.2.1 艙體結合設計原理 40
4.2.2 電氣接頭對心設計原理 42
4.2.3 避振設計原理 47
4.2.4 降落傘艙開啟原理 51
4.2.5 浮球開啟設計原理 52
4.2.6 密封設計原理 54
4.2.7 浮力計算理論 55
4.3 降落傘艙 59
4.3.1 設計需求以及組成 59
4.4 天線艙 61
4.4.1 設計概念 61
4.4.2 功能 62
4.4.3 結構上的需求 62
4.4.4 天線艙避振結構設計 64
4.4.5 GPS天線窗結構設計 66
4.5 數位艙 69
4.5.1 內部功能 69
4.5.2 結構上的需求 70
4.5.3 數位艙避振結構上設計 70
4.5.4 真空接頭窗戶設計 72
4.6 浮球艙 73
4.6.1 浮球空間規劃以及穩定度計算 74
4.6.2 設計概念 78
4.6.3 內部功能 79
4.6.4 浮球開啟機實施方案 79
4.7 噴射推進酬載模組 82
4.7.1 設計概念 83
4.7.2 內部功能以及需求 83
第5章 回收艙設計品質管制 85
5.1 失效樹應用 86
5.1.1 理論 86
5.2 探六失效樹分析 88
5.2.1 分析目的 88
5.2.2 目標樹建立以及推論 88
5.2.3 傘艙斷裂可能性分析 90
5.2.4 分析比對 96
5.3 失效模式與效應分析 97
5.3.1 理論 97
5.4 回收艙FMEA 98
5.4.1 概述 98
5.4.2 分析流程 98
5.4.3 重要的參數制定 101
5.4.4 設計清單查核表製訂 102
第6章 結論與未來展望 106
6.1 結論 106
6.2 未來展望 107
参考文獻 108
附錄一 110
附錄二 111
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| 參考文獻 |
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5.Soyuz TMA，http://www.russianspaceweb.com/soyuz_sa.html
6.KIS spacecraft，http://www.russianspaceweb.com/tks_followon.html
7.Hayabusa，http://www.isas.jaxa.jp/e/enterp/missions/hayabusa/today.shtml#tri
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13.陸磐安造，「造船原理 船舶靜力學」，國立編譯館，大中國圖書公司，民國84年，11月
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| 指導教授 |
蔡錫錚(Shyi-Jeng Tsai)
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審核日期 |
2009-7-28 |
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