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가설 설정
- 14 이다. 노즐 목을 stagnation inlet 조건으로 모델링하는 방법으로 노즐 챔버와 노즐 목 과정을 등엔트로피 과정으로 가정하여, 노즐 챔버에서의 전압력을 노즐 목에서의 전압력에 동일하게 적용하였다. 노즐 목에서의 유속은 음속이므로 식 (1)의 전압력과 압력 관계로부터 비열비를 계산할 수 있다.
제안 방법
- 본 연구에서는 전산유체역학 상용코드 Star-ccm+를 이용하여 제트 추력이 존재할 때, 유도탄 기저항력을 해석하였다. 유도탄 기저부 압력이 추력으로 작용하게 되는 경우의 유동 현상을 CFD 해석을 통해 확인하였으며, 반경험식을 이용한 계산 결과 및 비행시험 결과와 비교하였다.
- 유동해석을 위해 전산유체역학 상용프로그램 Star-ccm+을 사용하였고, 자유류 및 제트 화염을 각각 서로 다른 비열비를 갖는 2종의 혼합기체를 모델링하여 해석을 수행하였다. 계산된 제트 화염 유동의 비열비 값은 1.
- 노즐 목 경계조건을 Stagnation inlet 조건으로 설정하여 위 전압력과 정압력을 적용하였다.
- CFD를 이용한 Power-on 기저항력 해석에서 기저부 압력계산 결과는 격자 모델에 따라 차이을 보임을 확인하였다. 격자 모델이 Polyhedral 모델인 경우와 Advancing layer 모델인 경우에 대해 같은 조건으로 격자를 생성한 후, 해석을 수행하였다. 계산 영역 및 격자는 Fig.
- 난류 모델 변화에 따른 영향을 검토하였다. 난류 모델별 해석에서는 계산시간을 단축하기 위해 2차원 축대칭 해석을 수행하였으며, No.
- 난류 모델 변화에 따른 영향을 검토하였다. 난류 모델별 해석에서는 계산시간을 단축하기 위해 2차원 축대칭 해석을 수행하였으며, No.2 조건에 대해서 해석을 수행하였다. 격자는 Fig.
- 전산유체역학 방법을 이용하여 자유류 조건이 변할 때 유도탄 Power-on 기저압력 변화를 해석하였다. 노즐 목을 stagnation inlet 조건으로 모델링하는 방법으로 해석을 수행하였으며, CFD 해석 결과가 비행시험에서 측정된 마하수에 따른 기저항력 변화의 경향을 정성적으로 잘 예측함을 확인할 수 있었다.
데이터처리
- 본 연구에서는 전산유체역학 상용코드 Star-ccm+를 이용하여 제트 추력이 존재할 때, 유도탄 기저항력을 해석하였다. 유도탄 기저부 압력이 추력으로 작용하게 되는 경우의 유동 현상을 CFD 해석을 통해 확인하였으며, 반경험식을 이용한 계산 결과 및 비행시험 결과와 비교하였다. 해석에서 받음각 및 뱅크각은 모두 0°이며, 자유류 및 제트 조건은 Table 1과 같다.
이론/모형
- 격자 경계면에서의 비점성 유속 계산은 2차 정확도 AUSM 기법을 사용하여 내재적으로 처리하였다. Hybrid Gauss-LSQ 기법을 사용하여 유동변수의 구배를 계산하였으며, Venkatakrishnan 제한자를 사용하였다.
- 격자 경계면에서의 비점성 유속 계산은 2차 정확도 AUSM 기법을 사용하여 내재적으로 처리하였다. Hybrid Gauss-LSQ 기법을 사용하여 유동변수의 구배를 계산하였으며, Venkatakrishnan 제한자를 사용하였다.
- 5와 같으며, Polyhedral 격자로부터 계산된 기저부 압력이 비행시험 데이터에 가깝다. 따라서 Polyhedral 격자 모델을 이용하여 해석을 하였다. 해석 조건 No.
- 비행시험에서 측정된 기저부 압력은 약 101483 Pa이므로 k-w SST 경우가 비행 시험 측정값을 가장 잘 예측한다고 볼 수 있다. 그리고 k-w SST 모델이 벽면 근방에서와 역 압력 구배가 존재하는 경우에 신뢰성이 좋으며, Shock의 위치와 seperation의 영향을 잘 예측하기 때문에 k-w SST 모델을 이용하여 해석하였다[11].
- 2차원 해석 결과를 3차원 해석 결과와 비교할 때, 3차원 해석 결과가 비행 시험 측정값을 잘 예측하였다. 따라서 전 해석에서 격자 모델은 3차원 Polyhedral 격자 모델, 난류모델은 k-w SST를 이용하였다.
- 9에서도 적용가능한 반경험식 모델(식 (6))이 제시되었다[17]. 본 연구에서는 식 (6) 반경험식 모델을 이용하여 해석을 하였다.
성능/효과
- 이후, 이 방법은 Korst et al.[3]이 mixing 영역을 경계층 압력과 mixing의 시작점으로부터 거리의 함수로써 경험적으로 결정하는 방법을 제시함으로써 더 단순해지고, 복잡한 유동에 적용 가능하게 되었다. 그리고 1970년대에 이 mixing 이론에 Fox[4,5]가 재압축 모델과 species distribution 모델을 접목함으로써 실제 plume-free stream interaction 유동해석에 일반적인 이론이 되었다.
- CFD를 이용한 Power-on 기저항력 해석에서 기저부 압력계산 결과는 격자 모델에 따라 차이을 보임을 확인하였다. 격자 모델이 Polyhedral 모델인 경우와 Advancing layer 모델인 경우에 대해 같은 조건으로 격자를 생성한 후, 해석을 수행하였다.
- 2차원 해석 결과를 3차원 해석 결과와 비교할 때, 3차원 해석 결과가 비행 시험 측정값을 잘 예측하였다. 따라서 전 해석에서 격자 모델은 3차원 Polyhedral 격자 모델, 난류모델은 k-w SST를 이용하였다.
- 이는 CFD의 정확도가 원인일 수 있 으며, 또한 실제 비행시험 환경과 해석 조건의 차이도 원인이될 수 있다. 하지만 CFD 해석 결과가 비행시험에서 측정된 마하수에 따른 기저항력 변화의 경향을 정성적으로 잘 예측 함을 확인할 수 있다.
- 전산유체역학 방법을 이용하여 자유류 조건이 변할 때 유도탄 Power-on 기저압력 변화를 해석하였다. 노즐 목을 stagnation inlet 조건으로 모델링하는 방법으로 해석을 수행하였으며, CFD 해석 결과가 비행시험에서 측정된 마하수에 따른 기저항력 변화의 경향을 정성적으로 잘 예측함을 확인할 수 있었다. 그리고 압축파가 기저부 상류에 형성되어 기저부 압력이 증가하게 될 때, 기저항력이 추력으로 작용하게 됨을 확인하였으며, 추력 변화에 대한 반경험식은 자유류 마하수가 낮고 추력이 강한 경우, CFD에 비해 현상을 과다 예측함을 확인하였다.
- 노즐 목을 stagnation inlet 조건으로 모델링하는 방법으로 해석을 수행하였으며, CFD 해석 결과가 비행시험에서 측정된 마하수에 따른 기저항력 변화의 경향을 정성적으로 잘 예측함을 확인할 수 있었다. 그리고 압축파가 기저부 상류에 형성되어 기저부 압력이 증가하게 될 때, 기저항력이 추력으로 작용하게 됨을 확인하였으며, 추력 변화에 대한 반경험식은 자유류 마하수가 낮고 추력이 강한 경우, CFD에 비해 현상을 과다 예측함을 확인하였다.
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