원형분사제트 조절을 통한 유동특성 및 제트 벡터링의 효과 고찰

Experimental Studies on Flow Characteristics and Thrust Vectoring of Controlled Axisymmetric Jets

자유제트를 제어하는 방법중 하나는 분사제트 주위에 형성되는 와류를 조절하는 것이다. 이를 위하여 제트노즐 주위에 환형관을 설치하여 환형관으로부터 2차제트를 분사 또는 흡입함으로써 제트주위에 형성되는 전단류를 변화시켰다. 2차제트를 분사하는 경우(R<1.0) 주제트 주위에 형성되는 와류의 발달을 억제함으로써 제트포텐셜코어의 길이가 아주 길어지는 제트유동을 얻을 수 있었고 흡입하는 경우에는(R>1.0) 제트주위의 전단류가 흡입비 R=1.3～l.65에서 대류불안정성에서 절대불안정성으로 바뀜으로써 형성된 와류가 하류에서 제트중심부까지 발전, 결합되는 것을 방지하여 더 긴 포텐셜코어와 중심에서 낮은 난류강도를 얻었다. 위의 결과는 환형관 주위에 부착한 깃의 높이 변화에 따라서 변화하였는데, 이것은 깃이 환형관을 통한 흡입유동의 유로역할을 함으로써 출구 주위의 유체가 직접흡입되는 것을 방지하기 때문이다. 분사제트 벡터링을 위하여 제트노즐 주위의 환형관을 이등분하여 한쪽으로만 흡입함으로써 제트주위에 다른 전단류를 형성함과 동시에 코안다(Goanda)효과를 이용하여 분사제트를 편향시켰다. 편향되는 정도 및 난류성분은 흡입속도비에 따라서 크게 바뀌었다. 실험은 속도분포와 난류강도 측정이 수행되었으며 가시화를 이용하여 유동특성을 관찰하였다.

Axisymmetric shear layers around a free jet is forced by co-flowing and counter-flowing secondary jets from/to an annular tube around the jet nozzle. The jet potential core extends far downstream with co-flowing secondary jets due to inhibited vortex developing and pairing. For counter-flowing cases, the axisymmetric shear layer around the jet transits from convective instability to absolute instability for velocity ratios R＝1.3～l.65 for the uniform velocity jets. Consequently, the jet potential core length increases and the turbulence level in the jet core is reduced significantly. The jets are controlled better with extension collars attached to the outer nozzle exit because the annular secondary flow is guided well by the extension collars. For the vectoring of jet, the annular tube around the jet is divided in two parts and the only one part is used for suction. The half suction makes the different shear layer around the jet and vectoring the jet by Coanda effect. The vectoring and turbulent components are varied significantly by the suction ratio. The experiments are carried out to investigate the characteristics of forced free jets using flow visualization, velocity and turbulence measurements.