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2-D 가변 추력편향 노즐 설계 및 유동해석
Numerical Analysis and Design of the 2-D Variable Convergent-Divergent Thrust Vectoring Nozzle 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.15 no.5 = no.66, 2011년, pp.27 - 34  

김윤희 (전북대학교 항공우주공학과) ,  강형석 (전북대학교 항공우주공학과) ,  최성만 (전북대학교 항공우주공학과) ,  장현수 (국방과학연구소 7기술본부 2부)

초록
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초음속 항공기에서 피치 편향이 가능한 추력편향 노즐에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 초음속 항공기의 비행조건에서 터보팬 엔진의 기본성능을 도출하였으며, 이를 바탕으로 이차원형태의 피치 편향이 가능한 추력편향 노즐을 설계하였다. 상용 해석프로그램인 Fluent 를 이용하여 축소확대 노즐에 대한 기본 유동특성을 파악하고, 피치 추력편향시의 유동특성과 비교하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A numerical analysis was peformed for the supersonic aircraft with variable pitch thrust vector nozzle. Based on the requirement of the mixed turbofan engine of the supersonic aircraft, two dimensional thrust vector nozzle with variable pitch angle was designed. To investigate the effect of the thru...

주제어

#추력편향노즐   #축소확산 노즐  

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

문제 정의

  • 하지만 국내에서는 몇몇 수치 해석적 연구 외에는 관련분야의 연구가 매우 제한되어 있는 상황이다. 본 연구에서는 가변 및 추력 편향을 수행하는 이차원 축소-확산 노즐을 설계하고, 상용 전산해석프로그램인 Fluent를 이용하여 설계된 노즐에 대한 유동해석을 수행하고자 한다.

가설 설정

  • 수치해석 경계 조건은 Table 4와 같다. 계산 시 실험과의 비교를 위해 노즐 상류 전 온도를 Tt7=300 K로 가정하였으며 노즐 후방의 외부유동장의 압력을 대기압으로 설정하여 계산을 수행하였다.
  • 엔진의 축대칭 축소 확대 노즐은 실험결과와 비교할 수 있도록 목 반경(Nozzle Throat Radius) 기준 1/16로 축소하였으며 Table 2에 결과가 제시되어 있다. 그리고 축소된 계산 모델의 경우 실험조건과 동일하게 계산하기 위해 작동유체를 표준온도의 이상공기로 가정하였고, 비행속도를 0 으로 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
추력편향이란 무엇인가?  초음속 기동을 하는 항공기의 추력 편향기술(Thrust vector control)은 기동력 향상 및 스텔스 효과 등으로 최신의 항공기에 적용되고 있는 추세이다. 추력편향이란 비행기 추력의 방향 제어를 통해 동체의 움직임을 변화시키는 것 으로서, 추진 계통에서 이용되는 기술은 엔진 배기노즐을 이용하여 분사되는 제트의 방향을 편향시키는 것을 말한다. 
배기노즐을 이용한 추력편향 방법의 방법은 무엇이 있고 각각의 특징은 무엇인가? 배기노즐을 이용한 추력편향 방법은 크게 유체 역학적 방법과 기계 역학적인 방법으로 나뉜다. 유체역학적 방식의 장점은 기계역학적인 방법과는 달리 별도의 엔진중량을 증가시키지 않고 추력을 편향시키는데 있다. 하지만 유체 역학적 방식의 핵심인 압축 공기의 분사와 조작에 따라 불확실한 편향차이를 보임으로 이에 대한 많은 연구가 요구되고 있다. 기계역학적인 방법 은 노즐 형태와 편향 방식에 따라 나뉘며 대표적으로 축대칭 노즐을 이용한 편향방법과 이차원 노즐을 이용한 편향방법이 있다. 기계 역학적방법의 장점으로는 노즐의 형상을 직접 변화시키기 때문에 노즐내부를 지나는 유동의 흐름변화가 커지면서 추력편향각도 커지게 된다.
추력편향이 갖는 장점은 무엇인가? 직접적으로 배기가스의 추진방향을 변화시키기 때문에 기동 비행 시 높은 받음각의 플랩을 이용하는 것보다 기동성을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다[1, 2].
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참고문헌 (11)

  1. W.B. Herbst, "Future Fighter Technologies," Journal of Aircraft, Vol. 17, No. 8, 1980 

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  2. D. Ikaza, "Thrust Vectoring Nozzle for Modern Military Aircraft," RTO MP-051, 2000 

  3. "Advanced Exhaust Nozzle System Concepts Demonstration," Contract F33615-77-C-3094 

  4. G.T.Jr. Carson and F. J. Capone, "Static Internal Performance of an Axisymmetric Nozzle With Multiaxis Thrust-Vectoring Capability," NASA TM-4237, 1991 

  5. H.L. Stevens, E.B. Thayer and J.F. Fullerton, "Development of the Multi-Function 2-D/C-D Nozzle," AIAA 81-1491, 1981 

  6. B.D. Nelson and L. M. Nicolai, "Application of Multifunction Nozzles to Advanced Fighters," AIAA-81-2618, 1985 

  7. Y.H. Kim, H. J. Jung, H. S. Chang and S. M. Choi, "Design and Flow Analysis of the Two-Dimensional Convergent-Divergent Thrust Vectoring Nozzle," Asian Joint Conference on Propulsion and Power, 2010 

  8. J.D. Mattingly, "Aircraft Engine Design," Second Edition, 2002, pp.11-18 

  9. J. D. Mattingly, "Aircraft Engine Design," Second Edition, 2002, pp.419-505 

  10. J.G. Taylor, "A static Investigation of a Simultaneous Pitch and Yaw Thrust Vectoring 2-D C-D Nozzle," AIAA, 1988 

  11. S.C. Asbury and F.J. Capone, "Multiaxis Thrust-Vectoring Characteristics of a Model Representative of the F-18 High-Alpha Research Vehicle at Angles of Attack From $0^\circ$ ," NASA Technical, 1995, pp.3531 

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