[논문]측판이 음속 제트의 코안다 효과에 미치는 영향에 관한 실험적 연구

박상훈; 장홍빈; 이열

doi:10.6108/kspe.2016.20.2.024

측판이 음속 제트의 코안다 효과에 미치는 영향에 관한 실험적 연구
Experimental Study of the Effect of Side Plate on the Coanda Effect of Sonic Jet 원문보기

한국추진공학회지 = Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers, v.20 no.2, 2016년, pp.24 - 30

박상훈 (Department of Aerospace and Mechanical Engineering, Graduate School, Korea Aerospace University) , 장홍빈 (Department of Aerospace and Mechanical Engineering, Graduate School, Korea Aerospace University) , 이열 (School of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University)

초록
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사각노즐에서 발생한 음속제트의 코안다 효과를 이용한 추력편향 제어에 관한 실험적 연구가 수행되었다. 코안다 플랩 표면에서 나타나는 제트유동의 3차원 효과를 저감시키기 위하여 노즐 출구의 코안다 플랩 양쪽에 측판이 설치되었다. 쉴리렌 유동가시화 기법과 정량적인 추력편향각 측정을 통하여, 플랩 양쪽에 설치된 측판에 의하여 제트유동의 플랩 하류에서의 박리현상이 크게 지연되었음을 관찰하였다. 이에 따라 최대 72도의 높은 추력편향각과 약 7% 정도의 적은 추력손실이 관찰되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

An experimental study for the characteristics of the thrust-vectoring of a sonic jet utilizing the coanda flap installed at a rectangular nozzle exit is performed. Two side plates are installed at both sides of the flap to decrease the three dimensional effects of the jet on the flap surface. Schlieren flow visualizations and quantitative measurements of the deflection angle of thrusting vector show that the side plates are able to delay the separation of the jet at the downstream of the flap surface. Substantial increase in the deflection angle of the jet as high as $72^{\circ}$ and small thrust loss as low as 7% are obtained by the present thrust-vectoring technique using the side plates.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 음속제트 후방에서 나타나는 코안다 효과를 극대화하기 위하여 플랩 양쪽에 측판을 설치할 때 나타나는 제트유동의 구조변화를 실험적으로 관찰하였다. 이때 부유동의 분출은 없이 플랩의 단순이동을 통한 주유동의 추력편향 제어특성 관찰을 목표로 하였으며, 쉴리렌 유동가시화 기법을 이용한 유동구조 분석과 정량적 추력편향각의 측정을 통하여 본 제어기술의 정량적인 추력편향 성능을 분석하였다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 음속제트 후방에서 나타나는 코안다 효과를 극대화하기 위하여 플랩 양쪽에 측판을 설치할 때 나타나는 제트유동의 구조변화를 실험적으로 관찰하였다. 이때 부유동의 분출은 없이 플랩의 단순이동을 통한 주유동의 추력편향 제어특성 관찰을 목표로 하였으며, 쉴리렌 유동가시화 기법을 이용한 유동구조 분석과 정량적 추력편향각의 측정을 통하여 본 제어기술의 정량적인 추력편향 성능을 분석하였다.
음속으로 설계된 노즐의 출구는 높이(H) 10 mm, 폭(L) 30 mm인사각노즐이며, 곡률반경(R) 50 mm의 코안다 플랩이 노즐 출구 한 쪽에 설치되어 있다. 코안다 플랩은 스텝모터를 이용하여 이동이 가능하도록 설계되어, 플랩과 노즐 출구면 사이의 사이거리 (s) 조절이 가능하도록 하였다. 코안다 플랩의 위치는 스텝모터(A3KS545, Autonics사)와 LM 액 츄에이터(SKR-20, 삼익THK 사)를 이용하여 정밀 제어되었으며, 그 위치는 포텐셜미터(PY-2, Gefran사)를 이용하여 측정되었다.

대상 데이터

코안다 플랩은 스텝모터를 이용하여 이동이 가능하도록 설계되어, 플랩과 노즐 출구면 사이의 사이거리 (s) 조절이 가능하도록 하였다. 코안다 플랩의 위치는 스텝모터(A3KS545, Autonics사)와 LM 액 츄에이터(SKR-20, 삼익THK 사)를 이용하여 정밀 제어되었으며, 그 위치는 포텐셜미터(PY-2, Gefran사)를 이용하여 측정되었다. 이러한 플랩의 동적제어를 위한 실험장치 구성으로 플랩과 노즐 출구면 사이의 전방 공간은 대기(Pa)에 노출되어 있다.

성능/효과

(1) 음속제트가 완전팽창 되는 조건에서 플랩에 측판을 설치함으로서 플랩 하류에서 발생되던 제트유동 박리를 지연시킬 수 있다. 이로 인하여 최대 72도에 가까운 높은 추력편향각을 얻을 수 있으며, 이때 제트의 추력손실은약 7% 정도로 평가되었다.
(3) 측판에 의하여 강화된 제트의 코안다 효과는 플랩의 작은 사이거리 중가에 급격히 사라진다.
(4) 플랩의 전진과 후진의 이동과정에서 추력편향 특성에 약한 이력현상이 존재한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	코안다 플랩 표면에서 나타나는 유동박리 구조는 무엇과 관계가 있는가?	초음속 제트가 노즐 출구에 설치된 코안다 플랩 표면을 흐를 때 나타나는 유동박리 현상은 코안다 효과를 감소시키고 이에 따라 얻어지는 주유동의 추력편향각이 크지 않을 수 있다. 코안다 플랩 표면에서 나타나는 유동박리 구조는 플랩 폭방향으로 노출된 대기의 유입구조(3차원 효과)와 밀접한 관계가 있다. 따라서 이러한 폭방향 유동을 차단하기 위한 코안다 플랩 양 측면에 측판(side plates)을 설치하는 것을 고려해 볼 수 있다.
	음속 사각 노즐에서 발생한 제트의 코안다 효과에 미치는 영향에 관한 연구 결론은?	(1) 음속제트가 완전팽창 되는 조건에서 플랩에 측판을 설치함으로서 플랩 하류에서 발생되던 제트유동 박리를 지연시킬 수 있다. 이로 인하여 최대 72도에 가까운 높은 추력편향각을 얻을 수 있으며, 이때 제트의 추력손실은약 7% 정도로 평가되었다. (2) 음속제트가 과소팽창 되는 조건에서 (NPR=3.0) 측판의 설치는 제트유동 박리 지연 및 추력편향각의 상승에 큰 영향을 미치지 못한다. (3) 측판에 의하여 강화된 제트의 코안다 효과는 플랩의 작은 사이거리 중가에 급격히 사라진다. (4) 플랩의 전진과 후진의 이동과정에서 추력편향 특성에 약한 이력현상이 존재한다.
	동축류 방식은 무엇들을 이용한 방식인가?	유체역학적 추력편향제어는 기존의 기계적 제어방식과 비교하여 다양한 장점을 갖고 있다고 보고된 바 있다[1]. 과거 개발된 여러 가지 유체역학적 추력편향제어 기법 중, 노즐 출구에서 유출되는 제트유동과 나란하게 분출되는 부유동의 코안다(coanda) 효과[2]를 이용한 동축류 방식이 초음속 제트의 추력편향제어에 응용될 수 있음이 관찰된 바 있다[3,4].

참고문헌 (10)

Deer, K.A., "Summary of Fluidic Thrust Vectoring Research Conducted at NASA Langley Research Center," 21st AIAA Applied Aerodynamic Conference, Olando, F.L., U.S.A., AIAA 2003-3800, Jun. 2003.
Gregory-Smith, D.G. and Senior, P., "The Effects of Base Steps and Axisymmetry on Supersonic Jets over Coanda Surfaces," International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 15, No. 4, pp. 291-298, 1994.

상세보기
Park. S.H. and Lee. Y., "Experimental Study on the Quantitative Characteristics of Fluidic Thrust Vectoring Nozzle for UAV," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 42 No. 9, pp. 723-730, 2014.
Song. M.J, Park. S.H. and Lee. Y., "Application of Backstep Coanda Flap for Supersonic Coflowing Fluidic Thrust-Vector Control," AIAA Journal, Vol. 52, No. 10, pp. 2355-2359, 2014.

상세보기
von Glahn, U.H., "Use of the Coanda Effect for Obtaining Jet Deflection and Lift with a Single Flat-Plate Deflection Surface," NACA TN 4272, 1958.
Santos. M.M., "Experimental Study on Counter Flow Thrust Vectoring of a Gas Turbine Engine," Ph. D Thesis, Florida State University, 2004.
Song, M.J., Chang, H.B., Cho, Y.H. and Lee, Y., "Development of the High- Accuracy Multi-Component Balance for Fluidic Thrust Vectoring Nozzle of UAV," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 41 No. 2, pp. 1-9, 2013.

원문보기 상세보기
Park, S.H., Kwak. J.Y. and Lee. Y., "Study on the Characteristics of Thrust Vectoring of Sonic jet Utilizing Coanda Flap Movement," 2014 KSAS Fall Conference, Jeju, Korea, pp. 149-152, Nov. 2014.
von Glahn, U.H., "Use of the Coanda Effect for Jet Deflection and Vertical Lift with Multiple Flat Plate and Curved Plate Deflection Surfaces," NACA TN 4377, 1958.
Flamm, J.D., Deere, K.A., Mason, M.L., Berrier, B.L. and Johnson, S.K., "Design Enhancements of the Two Dimensional, Dual Throat Fluidic Thrust Vectoring Nozzle Concept," 3rd AIAA Flow Control Conference, San Francisco, C.A., U.S.A., AIAA 2006-3701, Jun. 2006.

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