문제 정의

• 본 연구는 램제트 추진기관을 이용한 공기흡입구의 적용으로 근본적인 비교를 위해 두 가지 형식으로 설계되었다. center-body형의 장점은

  제안 방법

  • Center-body형과 Pitot형 램제트 흡입구에서 받음각 0°인 경우에 대해 수치해석을 수행하였다.
  • 후)압력 성능은">압력성능은 상당히 낮음을 알 수 있다. Center-body형에서 Strut 부의 급격한 압력저하는 공기유동방향에 대해 직각단면으로 설계된 Strut 형상 및 크기 그리고 Strut 사이의 유로 단면적과 밀접한 관련이 있다고 생각되며 이 부분은 수치해석을 이용하여 분석하였다. 받음각이 있을 때 Mach 3.0의 유동조건에서 Table 2의 유동면적 비로 연소실에 형성되는 배압을 변화시켜가며 축방향으로 Cowl 벽면의 압력변화를 관찰하였다. Fig.
  • 후)점성 유동으로">점성유동으로 해석하였다. center-body 형의 유동장은 축대칭구조이므로 계산시간 및 메모리 단축을 위해 상부 1/4만을 해석대상으로 고려하여 3차원 유동장 계산을, Pitot 형은 wedge형은 Strut의 영향이 없으므로 축대칭으로 해석을 수행하였다.
  • 후)공기 흡입구">공기흡입구 내부의 정압은 Cowl 벽면을 따라 대칭으로 6점(총 12점)에서 측정하였으며 연소실 내부의 전압 및 정압을 측정하였다. 후)공기 흡입구에">공기흡입구에 대해 실험을 수행하였는데 원뿔형의 center-body형과 center-body가 없는 Pitot형이 되겠다. 두 모델 모두 마하수 3.0으로 설계되었고 center-body 형은 경사 충격파가 Cowl lip에, 수직 충격파가 목(throat)에서 형성되는 임계조건을 가정하여 각각 1개의 경사충격파와 수직충격파가 생성되도록 하였다. Pitot형은 입구에 1개의 따라서 두가지 형태의 램제트 공기흡입구를 제작하여 Cowl 벽면의 압력분포와 공기역학적 특성을 쉴리렌 이미지 등을 이용하여 분석하였으며 실험결과의 보충 및 비교검증을 위해 상용 유동해석 소프트웨어인 Fluent 6.2을 사용하여 내부의 유동특성을 규명하였다.
  • 본 연구에서 두 가지 종류의 공기흡입구에 대해 실험을 수행하였는데 원뿔형의 center-body형과 center-body가 없는 Pitot형이 되겠다. 두 모델 모두 마하수 3.
  • 시험조건인 마하수 3.0 인 초음속 유동을 모사하기 위하여 고압압축기를 이용하여 100 kg_f/cm²로 압축된 공기를 저장한 후, 유량조절 밸브를 통하여 챔버 내부에 약 50 kg_f/cm²의 정체유동이 유지되도록 조절하였다. 실질적인 데이터 분석을 위한 취득 시간의 약 5초간의 후)이때보다">이때 보다 근사적이며 정확한 실험을 위해 탄의 노즐 출구에 단면적을 변화시켜 연소실 압력변화를 실제조건과 같도록 모사할 수 있는 Adapter를 제작하여 장착한 후 앞뒤로 이동이 가능한 유동마개(Blockage)를 제작하여 설치 하였다.
  • 이와 같이 실험을 통해 측정된 공기흡입구 유동단면적(A_i)과 배기노즐 출구 단면적(A_e)비를 설계된 도면의 측정을 통해 백분율로 계산하였으며 유동면적비에 따른 반복실험을 통해 도출된 연소실 정압을 Table 2에 나타내었다.
  • 초음속 유동장치를 이용하여 마하수 3.0으로 제작된 램제트 공기흡입구의 형상 변화에 따른 정압분포 및 유동특성을 실험과 수치해석을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 250~750 psi까지 측정할 수 있으며 최대 16개의 채널로 분당 6000개의 압력 Data를 동시에 취득할 수 있으며 LAN Card를 통해 PC로 저장된다. 흡입구 선단부의 유동간섭의 가시화는 쉴리렌장치(Schlieren system)를 이용하였으며, 디지털카메라를 사용하여 이미지를 얻었다.

  대상 데이터

  • 고압으로">있다. 고압으로 저장된 공기를 일정한 유량으로 조절해주는 컨트롤 벨브와 실험모델로 초음속 유동을 분사하는 챔버(길이 331mm, 내경 106mm)와 노즐이 있으며 시험에 사용된 모델을 고정하기위한 모델 장착부가 있다. 마지막으로 모든 시험을 제어하는 패널과 모델에서 발생하는 압력과 마하수 3.0의 초음속 유동을 모사할 수 있는 시험에 사용된 노즐은 목직경 23.8mm, 출구 직경 46.25mm이며 유입각은 60°로 설계하여 노즐로 유입되는 공기의 균일성을 확보하고, 충격파 및 유동 박리가 형성되지 않도록 하였다.
  • 본 연구에서 사용된 초음속 유동 시험장치는 순간적으로 일정한 압력의 유동을 분출시키는 장치로 공기를 가압하는 압축기는 최대압 350 kg_f/cm² , 작동압력 200 kg_f/cm² , 송출량은 475ℓ/min이며 압축방식은 왕복형이다. 고압으로 압축된 공기가 팽창 및 응축되어 생성되는 미세한

    이론/모형

    • 후)수치 해석을">수치해석을 수행하였다. 유동해석에 사용한 프로그램은 상용유동 해석 프로그램인 Fluent 6.2를 사용하였으며 격자 생성은 Gambit 2.0을 이용하였으며 center-body 형은 약 86850개, (b)Pitot형은 10500개의 셀로 구성되었다. 사용된 격자의 경우 Fig.
    • 정상상태 3차원 및 2차원 압축성 유동으로 K-ε난류모델을 사용하여 점성유동으로 해석하였다.