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스크램제트 엔진의 성능해석 기법 연구

초록/요약

본 연구에서는 스크램제트엔진의 보다 정확한 성능해석을 위한 각 스크램제트 엔진의 구성요소에 대한 성능해석 기법에 대하여 연구를 진행하였다. 성능해석은 열역학적 사이클을 기반으로 하여 엔진의 각 구성 요소의 특성을 해석하였다. 흡입구 해석에 있어 쐐기형 흡입구를 선택하였으며, 최대 전압력 회복률을 얻기 위해 사용되는 Oswatisch의 최적설계 조건의 검증과 해결 방안을 제시하였다. 흡입구와 연소실 사이에 위치하는 초음속 격리부 해석을 위해 새로운 알고리즘을 구성하고 연소실에서 발생하는 압력에 대응하여 격리부 내부의 유동 변화를 예측할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 일차원 초음속 연소실 해석 코드의 경우 CEA(Chemical Equilibrium with Applications) 데이터베이스를 기반으로한 연소기 해석 모델을 이용해 연소실 영역을 계산하였다, 등엔트로피 가정을 이용해서 노즐 출구에서의 상태량들을 결정하였고 이러한 값을 이용하여 최종적으로 엔진의 추력을 계산하였다. Oswatisch의 최적설계 조건은 높은 마하수에 발생하는 오차로 인하여 극초음속 비행체에는 적합하지 않은 것으로 예상되었지만 극초음속 조건에서 쐐기형 흡입구의 단수를 증가 함으로서 극초음속 흡입구에도 적용할 수 있음을 보였다. 격리부 해석 모델은 후방 배압의 영향으로 발생하는 경계층 박리 현상의 위치와 박리한 후방의 유동 해석을 가능하도록 pseudo shock train 모델을 적용하여 실제 실험 데이터와 유사한 결과를 얻을 수 있도록 알고리즘을 구성하였다.

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목차

요 약 i
목 차 iii
그림목록 vi
표 목 록 xi
기호목록 xv
제1장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 성능모델 연구 3
1.3 연구 목적 6
제2장 성능 모델링 9
2.1 개요 9
2.2 기본방정식 12
2.3 극초음속 흡입구 성능 설계 14
2.3.1 쐐기형 흡입구 16
2.3.4 Oswatitch 모델 21
2.4 격리부 성능 설계 32
2.4.1 배압이 없는 상태의 격리부 모델 34
2.4.2 배압이 존재하는 상태의 격리부 모델 39
2.5 초음속 연소실 성능 설계 50
2.5.1 초음속 혼합모델 50
2.5.2 초음속 연소실 성능 모델 51
2.6 배기 노즐 55
2.7 성능변수 계산 56
2.8 엔진의 작동한계 57
2.8.1 압축공기의 해리온도 57
2.8.2 격리부 unstart 현상 58
제3장 성능 모델링의 결과 60
3.1 쐐기형 극초음속 흡입구 60
3.2 격리부 해석 62
3.2.1 배압 제한이 없을 때의 격리부 내부 유동 62
3.2.2 배압이 고정일 때의 격리부 내부 유동 66
3.2.3 초음속 연소실과 격리부의 상호작용 71
3.3 초음속 연소실 성능해석 73
3.4 통합 성능해석을 통한 설계기법 검증 75
제4장 결 론 79
참 고 문 헌 81

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