초록 ▼

① 3차원 제트소음해석 기법의 개발
- 기존에 개발된 고차/고해상도 수치기법은 그 해상도가 높으나 높은 마하수에서 해석이 불안정하며 정확도 감소
- 이를 해결하고자 충격파와 소음을 동시에 고정확도로 해석하는 OCMP 스킴을 개발, 나아가 limiter 개선을 통해 소음을 더 정확하게 해석할 수 있게 되었고 성공적으로 3차원 제트해석에 적용하여 타 수치기법보다 우수함을 확인
- 원거리 전파를 위해 CAA의 직접적 해석보다 Ffowcs-Williams and Hawkings 식과 난류소음을 포함할 수 있는 투과면(per

① 3차원 제트소음해석 기법의 개발
- 기존에 개발된 고차/고해상도 수치기법은 그 해상도가 높으나 높은 마하수에서 해석이 불안정하며 정확도 감소
- 이를 해결하고자 충격파와 소음을 동시에 고정확도로 해석하는 OCMP 스킴을 개발, 나아가 limiter 개선을 통해 소음을 더 정확하게 해석할 수 있게 되었고 성공적으로 3차원 제트해석에 적용하여 타 수치기법보다 우수함을 확인
- 원거리 전파를 위해 CAA의 직접적 해석보다 Ffowcs-Williams and Hawkings 식과 난류소음을 포함할 수 있는 투과면(permeable surface)을 적용하여 정확하고 빠른 소음해석 가능
- 제트소음해석의 응용으로 비행효과를 고려한 해석을 통해 비행마하수에 따른 제트유동의 변화 및 상류에서 소음전파의 개형변화 파악

② 제트소음 실험장치 구성
- 현재까지 국내에서 수행하였던 냉공기 제트 실험은 주로 자세제어 등에 사용되는 매우 작은 스케일의 실험장치만 존재.
- 특히 소음측정을 위해서는 초음속 노즐이 무향실과 같이 소음이 적은 공간에 존재 해야함.
- KAIST 무향풍동실 내에 성공적으로 실험장치를 구성하였으며, 실험 결과 초음속유동에 의해 발생하는 소음을 측정 가능하였으며, NASA의 데이터와 비교하여 실험의 정확도를 검증.

( 출처 : 보고서 요약서 3p )

Abstract ▼

During lift-off of a space launch vehicle, there is an acoustic pressure fluctuations generated by jet engine exhaust gases. The jet engine exhaust gases produce very high noise level sound, which is called jet noise. This jet noise not only impinge the structure vibration but also cause damage such

During lift-off of a space launch vehicle, there is an acoustic pressure fluctuations generated by jet engine exhaust gases. The jet engine exhaust gases produce very high noise level sound, which is called jet noise. This jet noise not only impinge the structure vibration but also cause damage such as fatigue or destruction of the payload inside the fairing. The acoustic pressure fluctuation caused by jet noise acts on the surface of launch vehicle as an acoustic loading. This is an important problem because an acoustic loading can seriously damage a satellite. In a domestic research field, we focus only on experiment of jet noise. However, it is not enough to compare to an international research field. Therefore, we study the jet noise propagation and acoustic loading on launch vehicle by using high order-high resolution CAA(Computational Aeroacoustics) and acoustic analogy (Ffowcs-William and Hawkings equation)

We developed the OCMP (Optimized compact monotonicity preserving) scheme that has a higher resolution than DRP (Dispersion-relation-preserving) scheme which is often used in CAA. The three dimensional CAA with OCMP scheme is used to predict the effect of acoustic loading near structure. We develop the CAA-Acoustic analogy coupling method to predict the effect of acoustic loading on structure far away from engine such as fairing and control tower. It is an efficient way of alleviating expensive computing burden of CAA. An experiment of small-size rocket jet is undertaken to validate the numerical simulation results to determine the sound propagation patterns.

One of the applications, flight effect is studied. Noise propagate with speed of sound; but, in flight situation, frequency and amplitude of noise is changed by Doppler effect. It is very different with noise characteristic on ground. Thus, we simulate jet noise on the upward direction as a flight Mach number increase.

By this analysis of near-field and far-field rocket noise characteristics, we can build a database for rocket noise propagation. In addition, according to the jet noise impact, launch vehicle design guidelines can be proposed, and the noise reduction techniques can be achieved . Jet noise analysis techniques can be applied not only to the launch vehicles but also to the aircraft and industrial equipment where the jet noise is dominant.

According to economic/industrial point of view, firstly, we can reduce the expenses by obtaining the jet noise analysis techniques. Also, by preventing a launch failure in advance, the economic losses can be reduced.

The environmental problems can be to solved by determining the noise and structures design problems on a launching place.

( 출처 : SUMMARY 8p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 9
• 목차 ... 10
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 11
• 제 1 절 연구개발의 필요성 ... 11
• 제 2 절 연구개발의 목표 및 내용 ... 17
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 22
• 제 1 절 국내외 기술 수준 ... 22
• 제 2 절 국내 선행연구 내용 및 결과 ... 23
• 제 3 절 국외 선행연구 내용 및 결과 ... 26
• 제 4 절 국내외 선행연구 평가 ... 29
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 31
• 제 1 절 2차원 축대칭 스크리치톤 해석 (초기 연구) ... 31
• 제 2 절 새로운 고차 고해상도 shock capturing scheme의 개발(OCMP) ... 50
• 제 3 절 새로운 MP limiter를 통한 OCMP scheme의 정확도 개선 ... 54
• 제 4 절 OCMP scheme을 이용한 3차원 제트유동 해석 ... 59
• 제 5 절 원거리 소음 해석 ... 64
• 제 6 절 실험실 스케일 실험 및 수치해석 비교 ... 72
• 제 7 절 비행효과를 고려한 제트소음해석 ... 89
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 95
• 제 1 절 연구개발 목표 달성도 ... 95
• 제 2 절 관련분야 기여도 ... 97
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 98
• 제 1 절 연구 개발 결과의 활용 방안 ... 98
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 100
• 제 1 절 Numerical Schemes ... 100
• 제 2 절 Jet noise simulations ... 101
• 제 3 절 Jet noise experiments ... 102
• 제 7 장 참고문헌 ... 104
• 끝페이지 ... 106