[논문]과도상태의 압력데이터로부터 평형상태 압력 예측방법 연구

이종국

doi:10.5139/jksas.2004.32.7.019

과도상태의 압력데이터로부터 평형상태 압력 예측방법 연구
A Study on the Method of Equilibrium-Pressure Prediction from Transient Data 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.32 no.7, 2004년, pp.19 - 28

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본 논문은 과도상태의 압력데이터로부터 평형상태의 압력을 예측하는 방법을 제시하고 있다. 압력을 측정하는 곳과 압력센서는 튜브로 연결되어져 있다. 측정하고자하는 압력 (측정압력)이 높은 경우에는 압력센서가 빠른 시간 내에 측정압력에 반응을 한다. 그러나 매우 낮은 압력을 측정하는 경우에는 압력센서가 실시간으로 측정압력에 반응을 하지 못하여 압력지연현상이 발생하게 된다. 이러한 압력지연현상을 파악하고자 여러 가지 실험이 수행되었다. 본 연구의 제시된 평형압력예측방법은 낮은 압력을 측정함에 있어서 측정시간을 단축시킬 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is concerned with the method of equilibrium-pressure prediction from transient data. Pressure measurement system consisted of pressure sensor and pressure tube. The surface orifice where pressure is measured is connected to a pressure sensor by a tube. In case of high orifice pressure, the pressure sensor responds rapidly to the orifice pressure. But when the orifice pressure is low the pressure sensor does not respond rapidly to the orifice pressure and time lag occurs seriously. Various test conditions are applied to investigate the time lag and to assess the methods of equilibrium-pressure prediction. The test time of the low-pressure measurement can be reduced by the method of equilibrium-pressure prediction of the present study.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 미압측정시 발생하는 시간 지연으로 인한 과다실험시간을 단축시킬 수 있는 평 형압력예 측방법을 제 시 하였으며 다음의 결론을 얻었다.
본 연구에서는 튜브와 압력센서를 사용하여 측정 위치에서의 평형압력을 측정코자 하는 경우, 획득된 압력센서에서의 과도상태의 압력 값으로부터 측정위치에서의 평형압력을 예측하는 방법을 제시하고 있다. 본 연구에서는 튜브내 유동을 점성 유동과 슬립유동을 구분하여 각각의 예측 방법을 제시하고 있으며 슬립유동인 경우 참고문헌 4 에서 제시하는 방법보다 더 좋은 결과를 획득할 수 있었다.
여기서는 참고문헌 4의 방법과 본 논문에서 제시한 점성유동방법과 슬립유동방법을 사용한 평형 압력예측 결과를 비교해 보겠다.

가설 설정

④ 압력센서에서 측정되는 값이 평형 상태에도 달하면 더 이상 측정되는 압력값은 변하지않으므로 본 연구에서는 噌=0이 되는 순간의 압력이 평형상태의 압력, 가 된다고 가정하였다.

제안 방법

한다. 그러나 본 연구에서는 측정되는 압력만을 사용하는 방법을 제시하고 있다.
본 논문에서 제시하는 방법은 측정된 압력만으로 평형상태의 압력을 구하는 방법으로 점성 유동인 경우와 슬립유동인 경우에 평형압력 예측 방법을 달리하여 제시하였으며 그 방법은 다음과 같다.
본 연구에서 제시하는 평형압력 예측 방법의 신뢰성 확인과, 참고문헌 4에서 제시하는 방법과의 비교를 위하여 여러가지 조건에서의 평형 압력을 예측하였다. 우선, T1 을 시 험챔버 의 압력 이 Pe로 일정하게 유지되는 순간에서의 값으로 설정하고 T2는 Table 2에서 표시된 평형압력의 2배, 1.
제시된 모든 평형압력예측방법들이 과도상태의 데이터구간(T1~T2)에 따라서 평형 압력예측에 있어서 차이가 있음을 예상 할 수 있으므로, 여기서는 尸门을 2Pe로 고정하고 P”를 변화시키면서 획득한 예측평형압력을 비교하고자 한다(Table 9-11, Fig. 20-22).

대상 데이터

Accuracy : 0.05% of readings + 0.01% of F.S. 그리고 데이터는 초당 10개씩 획득하였다.
05배가 되는 순간으로 설정하였다. 실험은 초당 10개의 데이터를 획득하였으나, d미dt를 구하기 위해서는 초당 2개의 데이터가 사용되었다. dPIdt를 구하는 방법으로는 1차 정확도의 전방차분법과 2차 정확도의 중앙 차분 법이 사용되었다.

이론/모형

실험은 초당 10개의 데이터를 획득하였으나, d미dt를 구하기 위해서는 초당 2개의 데이터가 사용되었다. dPIdt를 구하는 방법으로는 1차 정확도의 전방차분법과 2차 정확도의 중앙 차분 법이 사용되었다.

성능/효과

1) 분자유동에 근접하는 슬립유동인 경우 (Pe = 0.381 torr, Kn = 0.254), 슬립 유동 방법을 사용한 압력예측으로 가장 정확한 값을 얻을 수 있었다.
2) 점성유동에 근접하는 슬립유동인 경우 (PE = 1.749 torr, Kn = 0.056 & = 4.744 torr, Kn = 0.021), 점성유동방법을 사용한 압력예측으로 가장 정확한 값을 얻을 수 있었다.
3) 점성유동인 경우 (7七 = 40.508 torr, Kn = 0.0024 )z 점성유동방법을 사용한 압력예측으로 가장 정확한 값을 얻을 수 있었다.
Table 10과 Fig. 21에서 P 日Pe가 L5인 경우에는 슬립유동으로 평형압력을 예측하는 방법이 좀 더 정확한 결과를 보였으나, P®Pe가 1-05인 경우에는 점성유동으로 평형압력을 예측하는 방법이 더 정확한 결과를 보였다.
과도상태의 압력구간을 넓게 설정하여 평형 압력을 예측할수록 예측평형압력이 측정 평형 압력에 근사함을 알 수 있으며, 슬립유동으로 예측한 결과가 다른 방법들보다 정확한 값을 나타냄을 알 수 있다. 이는 측정평형압력에서의 K耸가 0.
254로 튜브내 유동이 슬립 유동이기 때문이 라 판단된다. 또한 본 연구에서 제시한 방법이 참고문헌 4에서 제시한 방법보다 정확한 예측을 하고 있음을 알 수 있다. 이는 尸2항으로부터 야기되는 비선형식을 선형화하는 방법囹에 비해 본연구에서 제시한 슬립 유동예측방법은 비선형식을 그대로 풀이하였기 때문이라 판단된다.
있다. 본 연구에서는 튜브내 유동을 점성 유동과 슬립유동을 구분하여 각각의 예측 방법을 제시하고 있으며 슬립유동인 경우 참고문헌 4 에서 제시하는 방법보다 더 좋은 결과를 획득할 수 있었다.
381 torr 인 경우에는 과도상태의 압력데이터 구간(T1~T2)에 상관없이 슬립 유동 방법 이 가장 정확한 평 형압력 예측을 하였다. 측정평형압력이 1.024 torr 인 경우이 6.13 Pe일 때는 과도상태의 압력데이터 구간에 상관없이 슬립유동방법이 가장 정확한 평형압력 예측을 하였으나, 이 2Pe일 때는 모든 방법들이 비슷한 평형압력을 예측하고 있음을 볼 수 있다.

후속연구

15, 16에서 알 수 있듯이 Ptj/Pe값이 작아질수록 즉, 과도 상태의 압력 구간을 넓게 설정할수록 예측 평형 압력이 측정 평형 압력에 근접함을 알 수 있으며, 슬립 유동 방법에 의한 예측평형압력은 모든 PtJPe에서 측정평형압력에 근사함을 알 수 있다. 이는 1 torr 미만의 압력을 측정함에 있어서 본 연구에서 제시한 슬립유동방법을 사용한다면 압력측정 시간을 크게 단축시킬 수 있음을 나타낸다.

참고문헌 (6)

Brown, Gorden P., DiNardo, Albert, Cheng, George K. and Sherwood, Thomas K., "The Flow of Gases in Pipes at Low Pressures", Journal of Applied Physics, Vol. 17, Oct. 1946, pp.802-813.

상세보기
Kendall, J. M., "Optimized Design of Systems for Measuring Low Pressures in Supersonic Wind Tunnels", AGARD Report 174, Mar. 1958.
McKee, M. L., "Digital Computer Oriented Methods for Determining the Response of Pressure Measurement Systems to Step and Ramp Forcing Functions", AEDC-TR-66-225, Mar. 1967.
Brown, David. L., "Predicting Equilibrium Pressures from Transient Pressure Data", ARL 65-7, Jan. 1965.
Parks, Edwin K., Bach, Ralph E. Jr ., and Tran, Duc, "Sideslip-Induced Static Pressure Errors in Flight-Test Measurements", NASA TM 102846, Jun. 1990.
Davis, Mark C., Pahle, Joseph W., "Development of a Flush Airdata Sensing System on a Sharp-Nosed Vehicle for Flight at Mach 3 to 8", NASA TM 2000 209017, May 2000.

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