[논문]탈설계 조건에서 추력 증대를 위한 에어로 스파이크 핀틀 노즐의 설계인자 분석 연구

김정진

doi:10.20910/jase.2022.16.4.1

탈설계 조건에서 추력 증대를 위한 에어로 스파이크 핀틀 노즐의 설계인자 분석 연구
Design Factor Analysis of Aerospike Pintle Nozzle for Increasing Thrust in Off-Design 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.16 no.4, 2022년, pp.1 - 9

김정진 (국방과학연구소 미사일연구원 1부)

초록
AI-Helper

에어로 스파이크 핀틀 노즐의 구동으로 인한 탈설계 조건에서의 추력 감소를 저감하고자 설계인자 분석 연구를 수행하였다. Close (NPR 100), open (NPR 11) 스트로크 모두 부족팽창 조건으로 고정되었다. 설계인자로 핀틀 형상, 핀틀 헤드 반경 (R), 덮개 각도 (θ), 덮개 출구 길이 (L)를 선정하였다. 검증된 수치해석 기법으로 설계인자로 인한 추력 변화를 분석하였다. 먼저 핀틀 헤드 반경과 덮개 출구 길이는 추력에 미치는 영향이 적었다. 덮개 각도는 유효 노즐목 면적에 영향을 주어 질량 유량을 변화시키고, 덮개 출구에서의 역압력 구배를 생성하였다. 이중 에어로 스파이크 형상을 적용한 결과, 탈설계 조건에서의 추력이 기준 case 대비 약 1.2%, 가장 악조건인 case 대비 약 3.4% 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A design factor analysis was conducted to reduce the thrust reduction in the off-design, due to the driving of the aerospike pintle nozzle. The close (NPR 100) as well as the open (NPR 11) stroke were fixed, as under-expansion conditions. The pintle contour, pintle head radius (R), cowl angle (θ), and cowl exit length (L) were selected as design factors. The change in thrust was analyzed, using a verified numerical analysis technique. First, the pintle head radius and the length of the cowl exit had little influence on the thrust. The cowl angle changed the mass flow rate by affecting the effective nozzle throat area, and created a reverse pressure gradient at the cowl exit. As a result of applying the dual aerospike contour, it was confirmed that the thrust in the design-off increased by approximately 1.2%, compared to the reference case and by approximately 3.4% compared to the worst case.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1 Pintle System Configuration
그림 Fig. 2 Comparison between Close and Open Condition
그림 Fig. 3 Comparison between Single and Dual Contour
그림 Fig. 4 Configuration of Aerospike Pintle Nozzle
그림 Fig. 5 Comparison of Cowl Angle
표 Table 1 Design Parameter of the Pintle Nozzle
표 Table 2 Test Matrix
그림 Fig. 7 Pressure Distribution of Pintle after Cowl Exit
그림 Fig. 6 Diagram for Thrust Generation Terms
표 Table 3 Thrust according to Cases
그림 Fig. 8 Mach Number Contour according to Pintle Contour; (a) Close; (b) Open
그림 Fig. 9 Numerical Schlieren Graph of Case 3
그림 Fig. 10 Static Pressure Gradient along the Cowl Exit according to the Cowl Angle
그림 Fig. 11 Mach Number Contour according to Cowl Angle; (a) Close; (b) Open
그림 Fig. 12 Static Pressure Gradient along the Cowl Exit according to the Cowl Exit Length
그림 Fig. 13 Mach Number Contour according to Cowl Angle; (a) Close; (b) Open

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