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이중램제트(이중연소/이중모드)엔진을 위한 램제트/스크램제트의 작동영역분배 및 성능민감도분석 Part I. 작동영역분배
Performance Load Balancing and Sensitivity Analysis of Ramjet/Scramjet for Dual-Combustion/Dual-Mode Ramjet Engine Part I. Performance Load Balancing 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.38 no.6, 2010년, pp.586 - 595  

김선경 (한국항공대학교 대학원) ,  전창수 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ,  성홍계 (한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부) ,  변종렬 (국방과학연구소) ,  윤현걸 (국방과학연구소)

초록
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초음속에서 극초음속 영역까지 작동 가능한 이중램제트(이중연소/이중모드) 추진기관의 성능특성을 파악하고 설계인자를 도출하기 위하여 램제트/스크램제트 추진기관의 작동원리에 대한 물리적인 이해를 바탕으로 공기 및 열역학적 관점에서 각 추진기관의 성능특성에 대한 이론적인 연구를 수행하였다. 사이클 해석을 기반으로 하여 각 추진기관의 연소기 입구 마하수와 연소기 형상에 따른 성능특성 및 작동영역의 한계를 연구하였다. 이를 바탕으로 이중램제트의 작동천이 마하수를 파악하고 효율적인 작동영역분배특성을 살펴보았다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

An analytical study based on physical understandings and aero-thermodynamic theories was conducted to observe the performance characteristics and to derive the essential design parameters of dual ramjet(dual-combustion/dual-mode) propulsion for wide Mach number. The performances and operating limita...

주제어

#램제트   #스크램제트   #작동한계   #이중램제트   #열질식  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 광범위 마하수에 적용가능한 이중램제트 추진기관의 개발을 위한 토대를 제공하기 위하여, 램제트/스크램제트 추진기관에 대한 물리적 특성과 작동한계를 공기역학 및 열역학적 이론을 기반으로 한 사이클 해석을 통해 살펴보았다[9-12]. 또한 이를 기반으로 램제트/스크램제트 추진기관의 성능해석을 수행함으로서 비행 마하수와 각 성능인자특성에 따른 엔진의 성능을 비교분석하여 각 추진기관의 효율적인 작동영역을 확인하고 작동영역분배특성을 파악하였다.
  • 본 연구에서는 램제트와 스크램제트 엔진에 대한 열역학적 사이클 해석을 통해 램제트와 스크램제트의 작동한계와 성능특성을 알아보고 이를 바탕으로 이중램제트를 위한 램제트와 스크램제트의 효율적인 작동영역을 확인하였다.
  • 본 연구에서는 일정한 단면적을 가지는 연소기와 일정한 압력을 가지는 연소기, 두 가지 형상의 연소기에 대하여 해석을 수행하였다.

가설 설정

  • 브래이튼 사이클은 공기흡입식 추진기관에 적용되는 대표적인 개방 사이클로써 정압연소를 수반한다. 따라서 이와 같은 브래이튼 사이클을 기반으로 한 정압연소를 가정한 램제트/스크램제트의 사이클 해석을 수행한다.
  • 추력은 크게 모멘텀 추력과 압력추력, 항력으로 구분된다. 본 해석에서는 이상팽창을 가정하여 압력추력의 영향을 고려하지 않았으며 또한 외부 항력에 의한 영향도 배재하였다.
  • 본 해석에서의 연소기 영역은 2-4에 해당하며, 일정한 가스 상태량을 가진 정상상태, 질량추가를 가진 비점성 유동 가정을 통해 질량, 운동량, 에너지 보존에 대한 지배방정식을 기반으로 하며 연소가스는 이상기체로 가정한다. 연소기 해석에 적용된 지배방정식은 식 (2)-(5)와 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스크램제트란 무엇인가? 램제트 추진기관은 흡입구에서 수직충격파를 발생시켜 초음속의 공기를 아음속으로 감속하여 아음속 연소가 된다. 하지만 비행 마하수가 증가할수록 수직 충격파를 통한 아음속 연소의 한계가 존재하며, 따라서 더 높은 비행 마하수를 충족하기 위해서는 초음속 연소가 필요한데 이러한 초음속 연소를 하는 램제트 추진기관을 스크램제트라 한다. 일반적으로 램제트 추진기관의 작동영역은 마하 2~4의 초음속 영역에 해당하며, 스크램제트 추진기관은 마하 6 이상의 극초음속 영역에서 효율적으로 작동한다.
이중램제트 추진기관을 엔진에 적용하게 되는 까닭은 무엇인가? 따라서 초음속에서 극초음속까지의 광범위한 비행영역을 만족시키기 위한 비행체를 위해서는 램제트나 스크램제트 중 어느 한 가지 추진기관으로는 불가능하며, 두 추진 시스템을 복합적으로 적용할 필요가 있다. 이러한 이중램제트 추진기관을 위하여 비행 영역에 따라 보다 우수한 성능을 갖는 엔진의 형태를 선정하여 적용함으로서, 하나의 비행체로 광범위한 비행영역을 충족시킬 수 있을 뿐만 아니라, 비행 전 경로에서 추진효율을 향상시킬 수 있다.
램제트 추진기관은 무엇으로 나뉘는가? 램제트 추진기관은 아음속 연소를 수반하는 램제트와 초음속 연소를 수반하는 스크램제트로 구분된다. 램제트 추진기관은 흡입구에서 수직충격파를 발생시켜 초음속의 공기를 아음속으로 감속하여 아음속 연소가 된다.
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참고문헌 (13)

  1. 성홍계, 윤현걸, “램제트/스크램제트의 기술동향과 소요기술 분석 I. 램제트 엔진(액체램제트, 덕티드로켓)”, 한국추진공학회지, 제10권, 제1호, 2006. 3., pp. 72-86. 

    원문보기 상세보기

  2. 성홍계, 윤현걸, “램제트/스크램제트의 기술동향과 소요기술 분석 II. 스크램제트 및 복합엔진”, 한국추진공학회지, 제10권, 제2호, 2006. 6., pp. 115-128. 

  3. 최정열, 노진현, 원수희, 신재렬 “미 공군의 이중모드 램제트 (DMR) 및 미 해군의 이중연소 램제트 (DCR) 개발 동향”, 한국추진공학회 춘계학술대회, 2009, pp. 400-401. 

  4. Kristen N. Roberts and Donald R. Wilson, "Analysis and Design of a Hypersonic Scramjet Engine with a Transition Mach Number of 4.00", 47th AIAA Aerospace Sciences Metting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2009. 

  5. Daming Zhu1, Zhili Zhu, Hailong Tang and Jin Zhang "Overall Performance Design of Ramjet for Combined Engine", 47th AIAA Aerospace Sciences Metting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2009. 

  6. Hideyuki Taguchi, Akira Murakami, Tetsuya Sato, and Takeshi Tsuchiya, "Conceptual Study on Hypersonic Airplanes using Pre-cooled Turbojet", 15th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, 2008. 

  7. 최세영, 염효원, 김선경, 성홍계, 변종렬, 윤현걸, “초음속에서 극초음속까지 비행을 위한 우중모드 램제트엔진의 성능 설계”, 한국추진공학회 추계학술대회 논문집, 2007, pp. 289-292. 

  8. Charles Bauer, Dean Petters, and Christopher d. Whitcomb, "Comparison of Mach 3 to 6 Conventional and Dual-Mode Ramjet Performance", 34th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 1998. 

  9. P. G. Hill and C. R. Peterson, "Mechanics and Thermodynamics of Propulsion",, Addison-Wesley Pub. Co. Inc., 2nd Edition, 1992. 

  10. H. Wittenberg, "Some Fundamentals on the Performance of Ramjets with Subsonic and Supersonic Combustion", TNO Prins Maurits Laboratory, 2000. 

  11. 성홍계, 변종렬, "작동한계 관점에서의 이중모드(램제트-스크램제트 연합작동)엔진의 성능인자 특성", 한국추진공학회 추계학술대회, 2006, pp. 393-396. 

  12. James E. John and Theo G. Keith, "Gas Dynamics", Pearson Education, Inc. 3th Edition, 2006. 

  13. W. F. Ng, "Real Gas Effects on the Numerical Simulation of a Hypersonic Inlet", Journal of Propulsion, July-August, 1986, pp. 381-382. 

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