An Experimental Study of Supersonic Underexpanded Jet Impinging on an Inclined Plate

경사 평판에 충돌하는 초음속 과소팽창 제트에 관한 실험적 연구

Problems created by supersonic jet impinging on solid objects or ground arise in a variety of situations. For example multi-stage rocket separation, deep-space docking, V/STOL aircraft, jet-engine exhaust, gas-turbine blade, terrestrial rocket launch, and so on. These impinging jet flows generally contain a complex structures. (mixed subsonic and supersonic regions, interacting shocks and expansion waves, regions of turbulent shear layer) This paper describes experimental works on the phenomena (surface pressure distribution, flow visualization) when underexpanded supersonic jets impinge on the perpendicular, inclined plate using a supersonic cold-(low system. The used supersonic nozzle is convergent-divergent type, exit Mach number 2, The maximum on the plate when it was inclined was much larger than perpendicular plate, owing to high pressure recoveries through multiple shocks. Surface pressure distribution as to underexpanded ratio showed similar patterns together.

고체 물체 표면이나 지표면에 초음속 제트가 충돌할 때 발생되는 문제들은 다단 로켓의 분리, 우주공간에서의 도킹, 수직 이/착륙기, 제트 엔진의 배기가스, 가스터빈 블레이드, 지상 로켓 발사 등의 다양한 상황에서 일어나며 이러한 충돌제트의 유동은 아음속과 초음속 혼합영역, 충격파가 교차하는 영역, 팽창파, 난류 전단층 등의 매우 복잡한 구조를 이루고 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 출구마하수 2, 축소-확대형 초음속 노즐을 통해 과소 팽창된 제트가 수직, 경사평판에 부딪힐 때 형성되는 표면압력분포 및 유동가시화 등을 초음속 유동시험장치를 이용하여 연구하였다. 평판에서의 최대압력은 수직일 경우보다 경사졌을 때 훨씬 더 컸으며, 이는 여러 충격파를 통한 압력 회복 때문이다. 또한, 평판이 자유제트의 첫 번째 충격파 셀 내에 위치할 때 과소 팽창비에 따른 표면압력분포는 서로 유사한 경향을 보여주었다.