Performance Analysis of Secondary Gas Injection for a Conical Rocket Nozzle TVC(I)

2차 가스분사에 의한 원추형 로켓노즐 추력벡터제어 성능해석 (I)

In the present paper an attempt has been made to simulate the secondary injection-primary flow interaction in the conical rocket nozzle and to derive the performance of secondary injection thrust vector control(SITVC) system. Complex three-dimensional flowfield induced by the secondary injection is numerically analyzed by solving unsteady three-dimensional Euler equation with Beam and Warming's implicit approximate factorization method. Emphasized in the present study is the effect of secondary injection such as secondary mass flow rates and the momentum of secondary/primary nozzle flow mass rates upon the gross system performance parameters such as thrust ratio, specific impulse ratio and deflection angle. The results obtained in terms of system performance parameters show that lower secondary mass flow rate is advantageous for to reduce secondary specific impulse loss. It is further found that the nozzle with secondary jet injected downstream and interacting with fast primary flow is preferable for efficient and stable SITVC over the wide range of use with the penalty of side specific impulse loss.

풍전압력비와 2차 제트 분사구 위치에 따른 2차분사 추력방향 제어(SITVC: secondary injection thrust vector control) 성능특성 변화를 수치해석하였다. 2차 제트 분사에 의해 간섭된 수축-팽창노즐 내부의 초음속유동장을 대상으로 3차원 비정상 오일러 방정식을 내재적으로 근사인자분해된 Beam과 Warming의 방법을 사용하여 차분하였으며, 2차 분사 제트에 의한 추력비 비추력비 및 전향각에 대한 성능변화를 고찰하였다. 연구결과 측추력과 비추력비는 2차 분사 질량유량에 비래하여 증가하는 반면, 비추력 성능은 감소되어 2차 분사 질량유량이 적을 수록 추력 성능손실이 적어지는 것으로 나타났다. 또한 동일한 전압력비에 대하여 2차 제트 분사위치가 노즐의 하류에 위치할수록 고속기 주유동과의 간섭에 의한 강한 충격파로 인하여 측추력과 측비추력의 증가와 함께 추력방향 제어성능이 향상됨을 알 수 있었다.