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제안 방법
- (3) 주어진 원추 각도에서 충격파 관계식을 사용하여 각 원추 좌표를 계산한다.
- 본 연구에서 제시되는 초음속 공기 흡입구 설계 및 해석 기법은 두 종류의 공기 흡입구, 축대칭 원추형(conical)과 2차원 사각형(rectangular) 흡입구 형상에 대하여 설계와 해석을 수행하기 위한 모델로 구성된다. 개발된 모델을 이용하여 축대칭 원추형 흡입구와 2차원 사각형 공기 흡입구의 기하학적 형상 설계를 수행하고, 다중 압축 각도와 충격파 개수에 따른 성능 변화 영향을 평가하였다.
- 두 종류의 공기 흡입구 모두 충격파 개수, 즉 원추 또는 쐐기 수가 증가함에 따라 전압력 회복율은 증가함을 보여주었으며, 총 압축각도의 증가에 따라 경사충격파 각도의 증가로 인해 전압력 회복율은 증가하지만, 유량 포획 면적비가 감소하고, wave 항력이 증가함을 알 수 있었다. 따라서 설계된 전체 추진시스템에서 요구되는 초음속 공기 흡입구의 성능 특성치를 고려하여 적절한 충격파 계수와 총 압축각도를 선정하여야 하겠다.
- 본 연구를 통해 수립된 초음속 공기 흡입구 모델을 축대칭 원추형 공기 흡입구와 2차원 사각형 공기 흡입구의 압축 각도와 충격파 개수에 따른 성능 영향을 평가하였다. 두 종류의 공기 흡입구 모두 충격파 개수, 즉 원추 또는 쐐기 수가 증가함에 따라 전압력 회복율은 증가함을 보여주었으며, 총 압축각도의 증가에 따라 경사충격파 각도의 증가로 인해 전압력 회복율은 증가하지만, 유량 포획 면적비가 감소하고, wave 항력이 증가함을 알 수 있었다.
- 일반적으로 초음속 공기 흡입구의 설계 시 주요 고려사항은 흡입공기 압력회복율의 최대화와 함께 안정적인 공기 흐름의 유도와 엔진으로의 적절한 유량을 제공하고, 충격파의 적절한 배치를 통해 wave drag등 항력을 최소화하는 것이다[1]. 본 연구에서 제시되는 초음속 공기 흡입구 설계 및 해석 기법은 두 종류의 공기 흡입구, 축대칭 원추형(conical)과 2차원 사각형(rectangular) 흡입구 형상에 대하여 설계와 해석을 수행하기 위한 모델로 구성된다. 개발된 모델을 이용하여 축대칭 원추형 흡입구와 2차원 사각형 공기 흡입구의 기하학적 형상 설계를 수행하고, 다중 압축 각도와 충격파 개수에 따른 성능 변화 영향을 평가하였다.
대상 데이터
- 초음속 공기 흡입구 설계 및 해석 모델의 입력 자료는 설계 조건(마하수), 흡입구 종류, 총 압축각, 흡입구 면적비등이며, 계산 결과는 흡입구 형상 설계 결과, 마하수에 따른 압력회복계수, 유량 포획 면적비, wave 항력계수 등이다.
이론/모형
- 초음속 공기 흡입구 설계의 주요한 기준은 최대 전압력 회복계수를 제시하는 것으로, 다중 충격파를 이용한 초음속 공기 흡입구는 압축각을 최적화하여 전압력 회복율 및 유량 포획율을 극대화시켜야 한다. 다중 경사충격파에 있어서 최적 계산을 위한 기본적인 해석은 Oswatitsch에 의해 제시된 방법을 사용하였다[2]. Oswatitsch 해석의 핵심은 경사충격파 이론의 수학적인 해법을 바탕으로 n개의 경사 충격파를 지나는 유동의 전압력 비가 최대가 되는 함수의 정의와 해석을 통해 모든 경사 충격파 전방의 마하수 수직 성분값(충격파 강도)이 동일해야 한다는 것이다.
- Figure 1은 원추형 공기 흡입구 형상 설계를 위한 다중 충격파 압축각과 주요 유동 특성치 등을 구성한 것이다. 원추형 흡입구 유동에 대한 Taylor-Maccoll 유동의 해석은 4차 Ruge-Kutta 수치적분 방법을 사용하였다[3].
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