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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

허진범 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수
이승수
발행연도
2018
저작권
인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수12

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

2018

초음속 비행체의 측추력제트가 유발하는 제트간섭 유동의 수치해석 연구
허진범 항공우주공학과 2018.01 학위논문

2017

확산을 고려한 초음속 유동장의 제트간섭 수치해석
허진범 ,  이승수 한국전산유체공학회 학술대회논문집 2017.05 학술대회자료

2016

초음속 영역에서 미사일 형상의 제트간섭 유동 해석
허진범 ,  이승수 한국항공우주학회 학술발표회 초록집 2016.04 학술대회자료

2015

초음속 영역에서 제트간섭 유동 해석
허진범 ,  이승수 ,  이은석 한국전산유체공학회 학술대회논문집 2015.10 학술대회자료

초록· 키워드

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본 논문에서는 초음속으로 비행하는 비행체가 자유류에 수직한 방향으로 분사하는 측추력제트에 의해 발생하는 제트간섭 현상에 대한 수치적 연구를 수행하였다. 측추력제트를 사용하여 자세제어를 하는 비행체가 운용되는 다양한 유동 조건을 수치적으로 모사하기 위해 유동해석자의 확장이 선행되었다. 우선 측추력제트가 혼합가스일 경우의 해석을 위해 연속방정식을 확장하고 각 화학종의 확산효과를 추가하였다. 또한 고온의 제트인 경우 온도에 따라 비열 등의 물성치가 변하므로 thermally perfect gas 가정을 사용하여 고온효과를 고려하였다. 이렇게 확장 또는 추가된 수치적 기법들은 각각의 검증케이스 해석을 통해 그 정확도를 확인하였다.
제트간섭 현상은 평판과 미사일 형상을 선택하여 수치해석을 진행하였다. 제트간섭 현상의 유동구조를 파악하기 위해 λ2-method를 적용하여 와류구조를 선명하게 가시화 하였고 와류코어와 그 주변의 유선을 통해 제트간섭 유동장을 분석하였다. 또한 수치적 기법들이 제트간섭 해석에 미치는 영향을 알아보기 위해 3가지 비점성 유속 계산기법과 4가지 난류모델을 사용하였다. 그 결과 3가지 비점성 유속 계산기법은 모두 유사한 결과를 보여주었으나 난류모델의 경우 각 모델에 따라 박리영역을 예측하는 것에 차이를 보였다. 특히 유입류의 경계층이 두꺼운 평판 제트간섭에서 난류모델에 따른 결과차이가 두드러졌다.
평판과 미사일의 제트간섭 수치해석 결과는 풍동시험에서 측정된 표면압력분포 결과와 Schlieren 촬영 결과와 비교되었다. 분사되는 제트가 cold air인 경우에는 수치해석과 풍동시험이 매우 유사한 결과를 보이나 hot gas인 경우에는 다소 차이를 보이는 것이 확인되었다. Hot gas가 분사되는 경우 제트간섭 유동에 영향을 미치는 요인을 확인하기 위해 확산효과와 고온효과를 적용하여 결과를 비교했으며 확산효과는 유동장에 미치는 영향이 거의 없으나 고온효과를 적용한 경우 충격파 구조와 압력분포의 변화를 확인하였다.
#제트간섭 #DACS #측추력기 #초음속 비행체 #수치해석 #CFD #직격요격체 #대공미사일

목차

1. 서 론 1
1.1 요격미사일의 역사적 배경 1
1.2 DACS(Divert and Attitude Control System) 3
1.3 제트간섭 유동 5
1.4 선행 연구 6
1.5 연구개요 8
2. 지배방정식 10
2.1 Reynolds Averaged Navier-Stokes 방정식 10
2.2 혼합가스 해석기술 11
2.2.1 Fick의 확산법칙 12
2.2.2 확산을 고려한 연속방정식 구성 13
2.2.3 확산을 고려한 에너지 방정식 구성 14
2.2.4 혼합가스의 점성계수 및 열전달계수 계산 15
2.2.5 혼합가스의 지배방정식 구성 16
2.3 무차원화 17
2.4 난류 모델 18
2.4.1 Spalart와 Allmaras의 모델 18
2.4.2 Menter의 k-w SST 모델 19
2.4.3 Huang과 Coakley의 k-e 모델 20
2.4.4 Coakely의 q-w 모델 22
3. 수치 해석 기법 23
3.1 공간이산화 기법 23
3.1.1 준이산화 방정식 23
3.1.2 국소 예조건화 기법 적용 25
3.1.3 비점성 유속 벡터 계산 26
3.1.3.1 Roe의 근사리만해법 26
3.1.3.2 RoeM scheme 30
3.1.3.3 HLLE scheme 30
3.1.3.4 MUSCL 외삽법 31
3.1.4 점성 유속 벡터 계산 31
3.2 시간적분법 33
3.2.1 AF-ADI(Approximated Factorization-Alternate Direction Implicit) 34
4. Solver Validation 36
4.1 층류 확산 문제 36
4.2 난류 제트 확산 문제 40
4.3 고온효과를 고려한 실린더 해석 43
5. 제트간섭 현상 수치해석 48
5.1 형상 및 해석조건 48
5.1.1 평판 제트간섭 해석 조건 48
5.1.1.1 격자 밀집도에 따른 결과 비교 50
5.1.2 Generic missile 제트간섭 해석조건 50
5.2 제트간섭유동 해석 54
5.2.1 평판 제트간섭 해석 54
5.2.2 Generic missile 제트간섭 해석 58
5.2.3 Generic missile의 다양한 제트 조건 62
6. 유동구조 분석 67
6.1 가시화 방법 비교 67
6.2 제트간섭 현상의 유동구조 분석 70
7. 수치기법의 영향 76
7.1 난류모델에 따른 결과 비교 76
7.2 비점성 유속 계산 기법에 따른 비교 80
8. 연소가스 제트간섭 해석 84
8.1 해석 조건 85
8.2 다화학종 효과 및 고온효과의 영향 비교 85
8.3 난류모델에 따른 결과 비교 90
9. 결 론 93
참고 문헌 95

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