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초록
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한국항공우주연구원의 스크램제트 엔진 시험설비(이하 SETF)는 극초음속 추진기관 성능시험 설비로 일반 공력 풍동과 달리 엔진이 구동하는 비행 고도, 마하수에서의 엔탈피를 모사해야 한다. SETF는 불어내기 식으로 고압공기 공급원으로부터 공급된 고압 공기를 축열식 가열시스템으로 가열시킨 후 시험부에 장착된 노즐을 통과. 팽창하여 엔진 시험 조건을 모사하며, 공기 이젝터를 구동하여 고고도 조건과 설비 시동 조건을 구현한다. SETF의 시험부는 자유제트 형식으로 시험엔진 시작점을 노즐 출구면에 일치시킬 경우 비행체에서 발생되는 경계층과 엔진의 상호 작용을 파악할 수 있는 반면, 설비 시동 특성을 예측하기 힘들어 시험을 통한 설비 특성 파악이 필수적이다. 본 논문에는 SETF의 마하수 및 시험 모델 변화에 따른 시동 성능 그리고 시동 성능 개선을 위하여 수행된 이젝터 설계 변경 과정을 정리하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Unlike most aerodynamic wind-tunnel, Scramjet Engine Test Facility(SETF) of Korea Aerospace Research Institute should simulate enthalpy condition at a flight condition. SETF is a blow-down type, high-enthalpy wind tunnel. To attain a flight condition, a highly stagnated air comes into the test cell ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에는 SETF의 마하 3.5 및 마하 6.7 노즐 장착에 따른 설비 시동 특성을 정리하였다. 마하 3.
  • 본 논문에서는 SETF의 시동 성능을 설비 마하수 변화 및 시험 모델의 유무에 따라 정리하였다.
  • 5 노즐 시험은 상온 유동을 대상으로 시험부에 장착된 모델이 없이 수행되었다. 본 시험은 시험부로 공급되는 유량 상승에 따른 이젝터의 성능 및 SETF의 설비 검증 시험이 주된 목표였다. 마하 3.

가설 설정

  • 노즐 출구와 디퓨저 인입부 사이의 자유제트장의 길이는 설비 시동에 필요한 압력비(노즐 전압력/디퓨저 출구 압력 이하 시동 압력비)에 영향을 주는 주요 요인으로 참고문헌 3에서 수행된 여러 시험에 의하면 자유제트장의 길이가 디퓨저 직경의 2배를 넘게 되면 시동 압력비가 급격히 높아짐을 알 수 있었다.[3] 따라서 SETF의 자유제트 구간은 최대한 짧도록 설계/제작하였다.
  • 이젝터 재설계시 고려한 점은 크게 2가지로 첫째 마하 6.7 성능시험 유량인 1.8kg/s를 10kPa(설비 효율 50% 가정)로 흡입할 수 있어야 하며, 두 번째로 SETF의 고압공기 공급 한계를 고려하여 기존 이젝터 공급 유량(56kg/s)을 상회하는 공기가 공급되어서는 안 된다는 것이다. SETF의 이젝터는 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스크램제트 엔진 시험설비는 무엇을 모사해야하는가? 한국항공우주연구원은 2000년부터 이러한 극초음속 추진기관을 시험하기 위한 시험설비의 필요성을 인식하고 관련 설비를 구축하기 시작하여 2009년 구축 완료한 바 있다.[1] 스크램제트 엔진 시험설비(이하 SETF)는 일반적인 공력 풍동과 달리 엔진이 실제로 구동하는 비행 고도 및 마하수에서의 레이놀즈 수, 엔탈피를 모사할 수 있어야 한다. SETF는 불어내기(Blowdown)식으로 고압공기 공급원으로부터 공급된 고압 공기를 축열식 가열시스템으로 가열시킨 후 시험부에 장착된 노즐을 통과하면서 팽창하여 엔진의 시험 조건을 모사하는 방식을 취하고 있으며, 공기 이젝터를 구동하여 고고도 조건의 설비 시동 압력 조건을 구현한다.
스크램제트 엔진 시험설비는 어떻게 시험조건을 모사하는가? 한국항공우주연구원의 스크램제트 엔진 시험설비(이하 SETF)는 극초음속 추진기관 성능시험 설비로 일반 공력 풍동과 달리 엔진이 구동하는 비행 고도, 마하수에서의 엔탈피를 모사해야 한다. SETF는 불어내기 식으로 고압공기 공급원으로부터 공급된 고압 공기를 축열식 가열시스템으로 가열시킨 후 시험부에 장착된 노즐을 통과. 팽창하여 엔진 시험 조건을 모사하며, 공기 이젝터를 구동하여 고고도 조건과 설비 시동 조건을 구현한다. SETF의 시험부는 자유제트 형식으로 시험엔진 시작점을 노즐 출구면에 일치시킬 경우 비행체에서 발생되는 경계층과 엔진의 상호 작용을 파악할 수 있는 반면, 설비 시동 특성을 예측하기 힘들어 시험을 통한 설비 특성 파악이 필수적이다.
스크 램제트 엔진을 이용한 성공사례는 무엇이 있는가? 스크램제트 엔진과 같은 극초음속 추진기관 연구는 한 때 기술적인 한계에 부딪쳐 야심차게 시작한 대형 프로젝트들이 종료되는 등, 실질적인 스크램제트 엔진을 구현할 수 있는 기술은 앞으로 2-30년 후에나 확립이 될 것이라는 비관적인 전망들이 지배적이었다. 그러나 2002년 호주 및 6개국 연구팀 연합의 HyShot II 비행시험 성공을 시작으로 연이은 HyShot 시리즈의 성공과 2004년 미국 NASA가 개발한 X-43A의 마하 9.8 자력 비행시험 성공으로 많은 사람들이 스크 램제트 엔진의 가능성에 주목하기 시작, 2010년 5월 26일에는 탄화수소 연료를 사용한 X-51A가마하 5의 속도로 약 143초간 자력비행에 성공하였다. 또한 프랑스의 LEA 비행시험 프로그램등, 현재 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. 이양지, 강상훈, 오중환, 양수석, "한국항공우주연구원 스크램제트 엔진 시험설비의 개발", 한국추진공학회지 제14권, 제3호, 2010, pp.69-78 

  2. 이양지, 차봉준, 양수석, 김형진, "초음속 지상추진시험설비의 기본설계기법 연구", 한국추진공학회지 제7권, 제4호, 2003, pp.53-62 

  3. Tohru Mitani, et al., "Subscale Wind Tunnels and Supplemental Studies of Scramjet Engine Tests", Technical Report of National Aerospace Laboratory TR-1458, April, 2003 

  4. RJTF construction group, "RAMJET ENGINE TEST FACILITY(RJTF)", Technical Report of National Aerospace Laboratory TR-1347, March, 1997 

  5. 이양지, 차봉준, 양수석, "초음속 지상추진시험설비의 이젝터 설계 기법 및 유동 특성 연구", 한국추진공학회지, 제10권, 제1호, 2006, pp.54-63 

  6. 강상훈, 이양지, 양수석, "고속추진기관 시험 설비 시운전 : 이젝터시스템 성능분석", 한국추진공학회 2010년도 춘계학술대회 논문집, pp.268-271 

  7. T. Kanda and K. Kudo, "Conceptual Study of a Combined-Cycle Engine for an Aerospace Plane" Journal of Propulsion and Power, Vol. 19, No. 5, 2003, pp.859-867 

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