보고서 정보
주관연구기관 |
한국과학기술원 Korea Advanced Institute of Science and Technology |
연구책임자 |
장근식
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발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 1997-04 |
주관부처 |
과학기술부 |
사업 관리 기관 |
한국과학기술원 Korea Advanced Institute of Science and Technology |
등록번호 |
TRKO200200017851 |
DB 구축일자 |
2013-04-18
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키워드 |
총격파관 보정.홀로그래피 간섭기술.풍격파-물체의 간섭 현상.유동의 가시화.전산유체역학.shock tube calibration.holographic interferometry.shock-body interaction.flow visualization.computational fluid dynamics.
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초록
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충격파관은 비교적 저렴한 경비로 복잡한 고속유동을 연구할 수있는 우수한 연구 장치이다. 충격파관을 이용한 실험적 연구는 선진 각국에서는 초음속비행체, 무기 및 우주개발과 관련하여 일찌기 1940년대 무렵부터 활성화 되었다. 그러나그동안 국내 과학계에서는 무슨 연유에서인지 이 분야에서 이렇다할 연구가 이루어진 것이없다.1970년대 이후, 충격파에 대한 많은 연구들이 컴퓨터를 이용하여 수치 해석적으로 많이 이루어졌다. 그렇지만 최근에 들어 충격파를 시뮬레이션하는 일부 전산유체역학 해법의 정확성 문제들이 논의되었고
충격파관은 비교적 저렴한 경비로 복잡한 고속유동을 연구할 수있는 우수한 연구 장치이다. 충격파관을 이용한 실험적 연구는 선진 각국에서는 초음속비행체, 무기 및 우주개발과 관련하여 일찌기 1940년대 무렵부터 활성화 되었다. 그러나그동안 국내 과학계에서는 무슨 연유에서인지 이 분야에서 이렇다할 연구가 이루어진 것이없다.1970년대 이후, 충격파에 대한 많은 연구들이 컴퓨터를 이용하여 수치 해석적으로 많이 이루어졌다. 그렇지만 최근에 들어 충격파를 시뮬레이션하는 일부 전산유체역학 해법의 정확성 문제들이 논의되었고, 다시 예전의 실험 장치들이 복원되는 움직임이 있어 왔다.따라서 이제는 초음속 및 극음속 연구를 위하여 실험과 정밀한 계산이 상호보완적으로 운영되는 연구 시스템이 이상적인 것으로 인식되고 있다.본 과제의 연구에서는 KAIST 항공우주공학과에 제작 설치된, 단면 60 mm X 150mm의 대형 충격파관을 시험 가동하여 보정하고, 각종 계기의 동작 특성을 파악하는 한편,본 시험 설비를 이용하여 유한 쐐기와 유한 원추에 대한 충격파 유동 현상을 비교적 낮은이동 충격파 마하수 범위(1<Μs<2)에서 시험 연구하였다.이 연구의 결과, KAIST 충격파관은 1차원 특성치 이론에 부합하는 적절한 동작 특성을 갖는다는 것이 밝혀졌다. 즉 고압관과 저압관의 압력비 조정을 통하여, 충격파의 강도를 조절할 수 있게 되었고, 측정 장치들의 고유한 동작 특성을 알 수 있었다.또한 홀로그래피 간섭계 부속 장비들을 구매하여 설치하였고, 광로들을 실험 대상에맞도록 몇차례 재구성하였다. 유한 쐐기(삼각 프리즘)나 유한 원추에 부딪쳐 반사되는 충격파를 마하수 1.34의 경우와 1.73인 경우에 대하여 실험적인 방법, 수치적, 그리고 해석적인방법을 동원하여 탐구하여 보았다.실험 결과는 수치적, 그리고 이론적인 해석 결과와 잘 일치하며, 이를 통하여 마하 반사 충격파, 와동의 생성, 그리고 와동-마하 충격파의 간섭 현상 등과 같은 충격파-물체 상호 작용의 고유한 현상들을 세밀하게 연구할 수 있었다. 본 연구를 통하여 Double pulselaser holography 기술을 확립하였고, 안정된 충격파의 생성, 레이저 간섭 기술과 유동 가시화, 충격파의 실험적 포착, 압력 측정을 위한 data acquisition, image processing 등의 기술을 보유하게 되었다.
Abstract
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Shock tube is an excellent research device through whichcomplex high speed flow. The research including flow visualization using shock tubeshas been active in the developed countries since 1940's with application made fordevelopment of supersonic flight vehicles, defense weapons, an
Shock tube is an excellent research device through whichcomplex high speed flow. The research including flow visualization using shock tubeshas been active in the developed countries since 1940's with application made fordevelopment of supersonic flight vehicles, defense weapons, and space technology.However, there has been no related noteworthy research activities in the Koreanscientific community for the reason nobody can explain.Since 1970's, much research has been made numerically on the shock waves usingthe digital computers. However, some numerical methods had accuracy problems insimulating shock phenomena, and the old experimental shock research facilities had tobe reinstalled. It is nowadays recognized ideal to use both the experiment andcomputation to study the shock wave dynamics.In this study, we have operated the newly installed KAIST 60 mm X 150 mmShock Tube, and calibrated it in order to understand the operation characteristics of themany related instruments. We have then investigated the shock waves impinging intoa finite two-dimensional wedge and an axi-symmetric cone.As a result, we have confirmed that the Shock Tube produces shock wavesproperly in consistency with the 1-D characteristic theory. That is, the shock waveintensity can be controlled by the pressure ratio across the diaphragm.The mirrors and beamsplitter were purchased for the holographic interferometer,and the light path had to be significantly redesigned a few times. The shock wavesinteracting with the wedge and cone are investigated numerically, experimentally, andanalytically for two shock wave Mach numbers 1.34 and 1.73.The result of experiment agreed with the theory. Phenomena like Machreflection, vortex creation, and vortex-shock wave interaction are studied in detail.Through this study, we have established such key technology as double pulse laserholography, repeated production of shock waves, laser interferometry with flowvisualization, data acquisition for pressure measurement, and image processing.
목차 Contents
- 본문...7
- I. 서론...7
- 1. 연구배경...7
- 2. 기존의 연구...8
- 3. 연구 목적및 내용...9
- II. 본 론...10
- 1. 연구 방법...10
- 1.1 충격파관의 원리와 KAIST 충격파관...10
- 1.2 홀로그래피 간섭계...11
- 1.3 수치 해석...14
- 2. 연구 결과...15
- 2.1 충격파관 보정과 측정 장치의 동작 특성...15
- 2.2 홀로그래피 간섭계를 이용한 충격파 밀도장 측정...17
- 2.3 수치 해석 결과...17
- 3. 고찰...18
- 3.1 KAIST 풍격파관의 동작 특성...18
- 3.2 유한 쐐기에 부딪쳐 반사, 회절, 간섭하는 충격파...19
- 3.3 유한 원추에 부딪쳐 반사, 회절, 간섭하는 충격파...20
- III. 결론...21
- 참고문헌...22
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