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터보제트-램제트 엔진의 천이모드를 고려한 TBCC 엔진의 성능 특성
Performance Characteristics of a TBCC Engine with Turbo-Ramjet Engine Transition Mode 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.44 no.2, 2016년, pp.116 - 122  

문규환 (Korea Aerospace University, School of Aerospace and Mechanical Engineering) ,  성홍계 (Korea Aerospace University, School of Aerospace and Mechanical Engineering)

초록
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터보제트 엔진에서 램제트 엔진으로의 작동 천이를 고려한 TBCC엔진의 성능 특성을 연구하였다. 터보제트 엔진과 램제트 엔진의 성능모델을 제시하고 터보제트와 램제트의 작동 비율을 조절하여 성능 변화가 연속적으로 발생하도록 엔진 작동의 천이 모드를 고려하였다. 이를 통해 다양한 마하수와 고도에서의 완만한 엔진 성능 변화를 나타냈음을 확인하였다. 일정고도(11km)와 가상의 비행 궤적에 대하여 천이 모드를 적용하여 TBCC 엔진의 추력과 비추력의 변화를 분석하였으며, 이를 통해 예상 비행 조건과 엔진의 천이 모드를 고려한 성능 변화와 복합 사이클 엔진 작동 천이 모드의 필요성을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The performance characteristics of a TBCC engine considering the transition mode from a turbojet to a ramjet engine has been investigated. The performance of each engine was proposed and a transition mode of the TBCC engine has been evaluated by adjusting the operating rate of the ramjet engine and ...

주제어

#천이모드  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 완만한 엔진 천이 모드에 관한 연구를 수행하고, 비행경로를 설정하여 엔진 천이 모드가 적용된 TBCC 엔진의 성능 특성을 연구하였다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 가변 흡입구를 가진 직렬형 TBCC 엔진을 바탕으로 한다. 전체적인 형상은 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
복합사이클을 구현하거나 연구한 사례는 무엇이 있는가? 저궤도 진입을 위한 기존의 소모성 발사체의 비용을 줄이고 기술적 신뢰도를 높이기 위해 재사용 발사체와 복합 사이클에 관한 연구가 진행 되고 있다. 특히, 프랑스의 PREPHA 프로그램, 일본의 HYPR 프로그램, 유럽의 Spaceliner, LAPCAT 프로그램, 미국의 Falcon, Vulcan, HiSTED, FaCET, Hyper X-43B 프로그램[1,2] 등 많은 국가에서 복합사이클을 구현하고자 연구를 수행했거나 하고 있다.
천이모드가 적용된 엔진이 아음속 비행 구간에서의 비추력이 증가하는 이유는 무엇인가? 포획면적이 고려되고, 천이모드가 적용된 엔진의 경우, 아음속 영역에서의 비추력의 변화가 큰 것을 확인할 수 있는데(Fig. 12), 비행 고도가 상승하는 경우, 연소실 유입 전온도가 마하수에 따라 감소하게 된다. 그러나 터빈 유입 온도를 맞추기 위해 필요한 열량은 증가하므로, 이에 따라 연료-공기의 비율은 증가하게 된다. 하지만, 고도 증가 시에는 포획면적의 고려에 의해, 실제 유입 공기량은 감소하게 되며, 연료 소모율은 증가하지만 이의 변화 기울기가 공기 유량에 비해 작으므로, 결과적으로 투입 연료량의 감소를 야기한다. 결국 이러한 작동 메커니즘을 통해 고도 상승 시의 아음속 비행 구간에서의 비추력이 증가 되는 형태로 나타나게 된다.
복합 사이클은 무엇으로 나누어지는가? 복합 사이클은 일반적으로 RBCC (Rocket Based Combined Cycle) 와 TBCC (Turbine Based Combined Cycle)로 나누어지는데, RBCC 와는 달리, TBCC엔진은 전 비행구간에서 공기를 흡입하여 산화제로 사용하므로 무게를 크게 줄이고, 수평 이착륙이 가능하다는 장점이 있다[3]. 여러 종류의 엔진이 통합된 복합 사이클 엔진은 다양한 마하수에서 최적의 성능을 발휘하기 위해서 각 엔진의 구성품(흡입구, 연소실, 노즐 등)설계 시 고려되어야할 제약조건이 복잡하다.
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참고문헌 (12)

  1. Sung, H. G., and Yoon, H. G., "Technical Review and Analysis of Ramjet/Scramjet Technology II.Scramjet and Combined Cycle Engine," KSPE, Vol. 10, No. 2, 2006, pp.115-128. 

  2. Noh, J. H., Choi, J. Y., Byun, J. R., Gil, H. Y., Yoon, H. G., and Lim, J. S., "DARPA's Hypersonic Vehicle and TBCC Engine Programs," KSPE, Vol. 14, No. 1, 2010, pp. 65-78. 

  3. Kobayashi, H., and Tanatsugu, N., "Optimization Method on TSTO Spaceplane System Powered by Airbreather," 2001, AIAA 2001-3965 

  4. Colville, J. R., Starkey, R. P., and Lewis, M. J., "Axisymmetric Inlet Design for Combined-Cycle Engines," Journal of Propulsion and Power, Vol. 22, No. 5, 2006, pp.1049-1058. 

    상세보기 crossref

  5. Ferrier, S. D. M., Scherrer, D., Serre, L., Paridaens, C., Hendrick, P., Ingeito, A., and Bruno, C., "LAPCAT-II: conceptual design of a Mach 8 TBCC civil aircraft, enforced by full Navier-Stokes 3D nose-to-tail computation," 2011, AIAA 2011-2317 

  6. Miyagi, H., Kimura, H., and Kishi, K., "Combined Cycle Engine Research in Japanese HYPR Program," 1998, AIAA-98-3278 

  7. Chen, M., Tang, H. L., Zhu, Z. L., Ou-Yang, H., and Zhang, J., "Inlet/TBCC /Nozzle Integration Concept Design," 2008, AIAA 2008-4588 

  8. Li, C., Xu, J., Mo, J., and Zhang, K., "Numerical Study of the Unsteady Mode Transition Precess of an Over-Under TBCC Exhaust System," 2009, AIAA 2009-5301 

  9. Mo, J., Xu, J., Zhang, L., and Zhang, K., "The Experimental and Numerical Study of the Over-Under TBCC Exhaust System," 2011, AIAA 2011-2234 

  10. Slater, J. W., and Saunders, J. D., "CFD Simulation of Hypersonic TBCC Inlet Mode Transition," 2009, AIAA 2009-7349 

  11. Rolls-Royce, "The Jet Engine 5th ed.," 1996, pp.37-43. 

  12. Khan, A. N., "Computer Simuation of Turbojet-Ramjet Combination Engine," Master Thesis, Michigan State University, 1998, USA 

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