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유입부 비대칭 노즐의 성능연구
Performance Study of Supersonic Nozzle with Asymmetric Entrance Shape 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.10 no.2 = no.35, 2006년, pp.46 - 52  

이지형 (국방과학연구소) ,  김중근 (국방과학연구소) ,  이도형 (국방과학연구소)

초록
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현재까지 적용되고 있는 추력제어 장치로는 크게 노즐의 확대부에 장착되어 화염의 방향을 조종하는 제트베인(jet vane), 제트탭(jet tab)방식과 노즐자체를 회전하는 방식인 볼/소켓형(ball & socket) 노즐, 플렉시블 씰형 (flexible seal)노즐로 구분된다. 본 연구는 노즐자체를 회전하여 추력방향을 제어하는 볼/소켓형(ball & socket) 노즐이 회전할 경우 발생되는 유입부의 비대칭성이 노즐 성능에 미치는 영향을 예측하기 위하여 수행한 3차원 수치해석결과와 공압시험 결과를 수록하였다. 유동해석 결과 유입부의 비대칭성이 유동에 미치는 영향은 노즐 목을 지나면서 현저히 줄어들고 하류 유동에 미치는 영향이 미비하였으며 해석된 주 추력의 크기는 시험에서 측정된 추력과 비슷한 경향을 나타내었으나 측 추력의 경우 시험 값보다 낮게 나타났다. 또한 시험의 결과 기하학적으로 회전된 회전각에 의한 추력방향과 측정된 추력의 방향이 일치하지 않음을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Techniques used for thrust vector control in rocket motors are mainly classified nozzles installed mechanical interference on the expansive region of nozzle(such as jet tabs and jet vanes) and movable nozzles(such as ball&socket and flexible seal). Using the numerical analysis and cold-flow test, th...

주제어

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제안 방법

  • 1 참조)이 노즐 성능에 미치는 영향과 회전된 노즐에서 발생되는 추력 및 측력을 분석하였다. 그리고 실제 추력이 중심선에서 편향된 회전각과 노즐의 기하학적 회전각에 대한 분석 결과를 제시하였다. 유동해석과 공압시험은 노즐 회전각 도가 0도와 10도인 경우에 대하여 챔버압력 (Chamber pressure)이 노즐 내부에서 유동 박리가 발생되는 저압과 유동 박리가 발생되지 않는 고압의 경우에 대하여 수행하였다.
  • 5는 설계된 연 소관 및 노즐의 형상을 나타낸다. 그림에서처럼 연 소관의 경우 입구에서의 유동 안정화를 위하여 3단에 걸친 하니콤을 설치하였으며 목직경 25mm이며 팽창비는 2.0인 시험용 노즐은 노즐 출구를 지난 초음속 유동이 노즐 내부유동에 영향을 미치지 않도록 설계하였고 플랜지를 회전판으로 활용하며 각도별 시험이 가능하도록 하였다. 또한 노즐 확대부의 유동 박리가 예측되는 위치에 14개(0도, 180도 : 3 개, 90도, 270도 : 4개)의 압력 센서를 장착 할 수 있도록 설계 하였고 공급되는 연 소관의 챔버 압력을 측정하기 위한 압력 센서 측정 포트를 구성하였다.
  • 0인 시험용 노즐은 노즐 출구를 지난 초음속 유동이 노즐 내부유동에 영향을 미치지 않도록 설계하였고 플랜지를 회전판으로 활용하며 각도별 시험이 가능하도록 하였다. 또한 노즐 확대부의 유동 박리가 예측되는 위치에 14개(0도, 180도 : 3 개, 90도, 270도 : 4개)의 압력 센서를 장착 할 수 있도록 설계 하였고 공급되는 연 소관의 챔버 압력을 측정하기 위한 압력 센서 측정 포트를 구성하였다. Fig.
  • 본 연구에서 볼/소켓형 노즐이 회전함에 따라발생되는 유입부 비대칭 효과가노즐 성능에에 미치는 영향에 대하여 3차원 수치해석과 공압시험을 수행한 결과는 다음과 같다.
  • 하나로 현재 미국에서 개발 운용되고 있는 유도무기에 적용되고 있다. 연구에서는 3차원 유동해석 결과와 공압시험을 통하여 볼/소켓형 (ball & socket) 노즐을 회전 점을 중심으로 회전할 경우 중심축에 대하여 발생되는 노즐 유입부 형상의 비대칭성(Fig. 1 참조)이 노즐 성능에 미치는 영향과 회전된 노즐에서 발생되는 추력 및 측력을 분석하였다. 그리고 실제 추력이 중심선에서 편향된 회전각과 노즐의 기하학적 회전각에 대한 분석 결과를 제시하였다.
  • 그리고 실제 추력이 중심선에서 편향된 회전각과 노즐의 기하학적 회전각에 대한 분석 결과를 제시하였다. 유동해석과 공압시험은 노즐 회전각 도가 0도와 10도인 경우에 대하여 챔버압력 (Chamber pressure)이 노즐 내부에서 유동 박리가 발생되는 저압과 유동 박리가 발생되지 않는 고압의 경우에 대하여 수행하였다.
  • 유동해석은 실제 공압시험과 동일한 형상을 상용코드(Fluent)를 이용하여 회전각이 0도인 경우와 10도인 경우에 대하여 챔버압력이 llOpsi, 160psi, 430psi에 대하여 수행하였으며 경계조건은 연소관 입구 측에서는 압력 입구조건(Pressure Inlet) 을 노즐 출구에서는 압력 출구조건 (Pressure Outlet)을 사용하였다. 3차원 유동해석에 사용된 절 점수는 약 11만개이며 요소수는 약 30만개로 해석에 사용된 Grid는 Fig.

대상 데이터

  • 시험에 사용된 공압시험장치는 공기가압부, 제어 밸브부밸브 부 시험용 모델로 구성되며 Fig. 3과같다[1, 2],
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참고문헌 (5)

  1. R. Harold Whitesides, " The Determination of Forces and Moments on a Gimballed SRM Nozzle Using a Cold Flow Model", AIAA Paper 94-3292, June 1994 

  2. D.L. Bacchus and O.E.Hill, " Facility for Cold Flow Testing of Solid Focket Motor Model" , 1992 JANNAF Propulsion Meeting, Indianapolis, Indiana, 24-27 Feb. 1992 

  3. S.B.Verma and H.K.Ciezki, "Unsteady nature of flow separation inside a thrust optimized parabolic nozzle", AIAA Paper 2003-1139, June, 2003 

  4. Craig A. Hunter, "Experimental Investigation of Separated Nozzle Flows" Journal of Propulsion and Power , Vol. 20, No. 3, May-June, 2004, pp.527-532 

  5. Kevin L. Mikkelsen and Julian J. Idzorek, " Experience in the Operation of a Hypersonic Nozzle Static Thrust Stand", AIAA Paper 92-3292, July, 1992 

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