• Journal of Astronomy and Space Sciences
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• 제19권3호
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• pp.207-214
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• 2002

인공위성 추진시스템의 액체연료(Hydrazine) 비정상유동 해석을 통해 연료공급 시스템내 유압특성이 유도된다. 정상상태 연소의 경우 연료유동량은 일정하나, 추력기밸브가 갑자기 닫히면 배관내 압력은 초기 탱크압력보다 높아진다. 결국 배관내 유압은 비정상상태가 되며, 유압 및 유량은 맥동현상을 보인다. 만약 상승압력이 너무 크게 되면, 추진제(연료)가 폭발분해를 일으키며, 추력기밸브 기능에 손상을 입힐 수 있고, 하이드라진 연료의 초음속 연소현상이 발생할 가능성이 있다. 또한 반사된 충격파로 인해 압력변환기의 감도저하 및 오작동을 유발하기도 한다. 위성의 추진시스템 설계시 비정상연료의 해석이 선행되어야 하며, 본 논문에서는 여러 설계인자에 대한 연료배관내 유압특성을 MOC 유동해석을 통해 제시하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권7호
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• pp.529-537
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• 2021

스크램제트 엔진을 갖는 초고속 비행체로 풍동실험을 수행하였다. 스크램제트 엔진은 별도의 압축기가 없기 때문에 간단한 구조를 갖고 있지만 연소실에서 초음속 연소가 일어날 수 있도록 흡입구를 설계하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 연소실 직전에 있는 격리부 출구면 압력 측정을 통해 내부 유동 특성 및 흡입구 시동 조건을 판단하였고 흡입구 성능 변수를 계산하여 마하수 별로 결과를 비교하였다. 유동관통형 초고속 비행체의 공력 특성도 분석하였고 정확한 공력 특성 분석을 위해서 내부 항력 보정이 필요하다. 본 연구에서는 내부 항력 보정을 위해 세 가지 프로브를 이용한 실험 기법을 제시하였다. 내부 항력 보정을 적용하여 내부 유동이 비행체 공력에 미치는 영향을 파악할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권2호
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• pp.127-134
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• 2020

고초음속 항공기는 초음속 비행 중 공력 가열에 의하여 높은 온도 환경에 노출되기 때문에 동체 및 날개 구조물은 더블 패널 형태의 열 차폐 구조로 설계하여 기체 내부로 높은 온도의 열이 전달되는 것을 막는다. 얇은 두께의 더블 패널 외피는 초음속 항공기의 고출력 엔진 소음과 제트 유동에 의한 음향 하중에 노출되어 음향 피로 손상이 발생할 수 있다. 따라서 열음향 복합 하중을 받는 초음속 항공기 외피 구조의 거동 확인과 피로수명 예측이 필요하다. 본 논문에서는 열음향 복합 하중을 모사할 수 있는 열음향 시험 장치를 설계/제작하여 열음향 하중이 적용되는 티타늄 시편의 열음향 시험을 수행하였다. 열음향 복합 하중에 의한 구조물의 동적 거동을 확인하였으며, 시편 단위 열음향 시험 결과와 유한요소해석 결과를 비교하여 해석 모델을 검증하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.495-500
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• 2017

본 논문에서는 과도한 계산용량이 필요한 초음속 비행체의 비정상 열응답 해석을 수행하기 위한 준-비정상해석 기법을 소개한다. 준-비정상해석 기법은 연성 연계 기법과 복합 열전달 해석기법을 통합한 방법으로 계산시간 단축시키면서 동시에 정확도를 향상시키기 위해 고안되었다. 또한 준-비정상해석 시, 해석 구간을 분할하기 위한 기준시간을 결정하는 알고리즘을 고안하여 준-비정상해석 기법의 정확도를 향상시키고자 하였다. 본 논문에서는 준-비정상해석 기법을 평가하기 위하여 가상의 비행 시나리오에서 열응답 해석을 수행하였으며, 비정상 해석 결과와 비교 검증을 수행하였다. 무딘 물체의 표면 온도 및 정체점의 온도를 통해 각각의 기법의 차이를 도출하였다. 비정상 해석을 통해 도출한 정체점의 온도와 준-비정상 해석을 통해 도출한 정체점의 온도 차이는 11.4% 이내로 높은 정확도를 확보함과 동시에 28배에 가까운 계산시간을 단축시켜 해석 기법의 효율성과 정확성을 확보하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.699-705
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• 2011

고기동 유도탄은 짧은 시간에 큰 추력을 필요로 하는 발사체이다. 유도탄의 비행에 필요한 추력을 얻기 위하여 고체 연료를 폭발적으로 연소시키면 고온, 고압의 연소 가스가 발생되고, 이 연소 가스를 초음속 노즐을 통하여 팽창시킴으로서 큰 추력을 얻게 된다. 로켓 모터의 작동 시간은 수초 미만에 지나지 않으나 큰 추력을 내기 위해 고온 고압의 연소 가스가 이용됨으로 평창 과정 중 시스템 부품의 파손 혹은 노즐목 부근에서 삭마현상이 발생되기도 한다. 즉, 탄의 정확한 제어를 위해서는 연소 가스와 벽면과의 열전달에 따른 열응력과 유동장 내의 압력의 변화에 따른 구조체 응력이 동시에 고려된 정확한 응력해석이 선행되어야만 한다. 본 논문에서는 예비 설계된 추력 발생장치에 고온 고압의 연소 가스가 유동할 때 모터의 작동시간에 따른 구조체의 안전성을 응력과 재료의 용융온도의 측면으로부터 구명하였다.

• 항공우주기술
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• 제9권2호
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• pp.185-192
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• 2010

75톤급 터보펌프를 대상으로 한 속도복합형 터빈과 설계회전수를 50% 증가시킨 30톤급 터보펌프 터빈 적용을 위한을 압력복합형 터빈 설계를 수행하였다. 속도복합형 터빈의 경우 1차원설계-유동해석-1차원설계의 반복적인 설계과정을 통해 원형노즐을 적용한 2열 초음속 충동터빈의 특성을 파악하였으며 최종적으로 기본형인 1열 충동형 터빈 대비 비출력 23.1% 향상, 무게 5% 감소된 ver. 14h 모델을 완성하였다. 압력복합형 터빈은 에너지 회수 비율, 2단 노즐 출구각, 2단 노즐 누설유량, 단별 출력 비율 등의 새로운 인자의 고려하여 각 변수의 성능에 미치는 영향을 검토하였으며 1차원 해석 기준 비출력이 36%가 증대되고 무게는 51% 감소한 터빈을 설계하였다. 압력복합형 터빈의 높은 성능을 위해서는 1단 및 2단 노즐의 형상설계가 매우 중요할 것으로 판단되며 유동해석을 통해 최적화할 예정이다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권11호
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• pp.849-859
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• 2020

반경험식과 상용 전산해석도구를 이용하여 비행 속도 및 챔버 압력에 따른 유도무기의 기저항력을 예측하였으며, 두 해석 결과는 대체적으로 일치함을 보였다. 노즐에 의한 분사 제트의 과대/과소 팽창에 따라 기저부의 유동 특성과 기저항력의 차이가 관찰되었다. 과대팽창 조건에서는 기저부 상단에 팽창파가 발생되면서 기저부의 압력이 감소하였으며, 외부 자유류의 마하수가 증가함에 따라 팽창파의 강도가 강해지면서 기저부 압력 더욱 감소하였다. 과소 팽창 조건에서는 노즐 후류의 영향으로 기저부 주위에 충격파가 발생하고 이로 인해 기저부 압력이 증가하였으며, 챔버의 압력이 증가할수록 그 영향이 크게 나타났다. 동일 챔버 압력 조건에서는 자유류 마하수가 증가함에 따라 기저부에서 생성되는 충격파가 하류로 이동하면서 기저 압력이 감소하는 특성이 관찰되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권4호
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• pp.53-62
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• 2006

초음속 주 유동으로의 수직분사에 의해 생성되는 2차원 정상상태 유동장에 대한 수치모사를 수행하였다. 난류효과를 위해서 무차원 벽면거리($y^+$)를 고려한 2방정식 k-${\omega}$ SST 모델을 사용하였다. 또한 격자계에 따른 오차범위를 나타내는 방법으로 GCI(Gird Convergence Index)를 사용하여 해의 수렴성을 측정하였다. 표면 압력분포, 박리거리, 침투높이 등에 대해 실험결과 및 다른 난류모델을 이용한 결과들과 비교하였다. k-${\omega}$ SST 난류모델은 낮은 압력비에 대해서 표면 압력분포 및 박리거리 등을 정확하게 예측하였다. 그러나 압력비가 증가함에 따라 수치적 예측이 실험결과와 차이를 보이고 있다. 상기한 모든 결과는 격자계에 따른 해의 수렴성의 오차범위 1% 이내에서 측정되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제31회 추계학술대회논문집
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• pp.299-304
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• 2008

이차유동이 없는 초음속 디퓨져를 사용하는 고도모사용 지상시험장치의 주요 형상변수인 디퓨져 팽창비 최적설계를 위해 시동특성 측면에서 수치해석을 수행하였다. 기수행 연구에서 검증된 1차원 설계와 실험 결과와의 시동압력 차이 20$\sim$25%를 적용해, 본 연구에서는 최대추력노즐 사양에 대해 시동 가능한 디퓨져 팽창비$(A_d/A_t)$ 범위를 예측했다. 이 구간에서 팽창비 증가에 따른 진공챔버압력의 변화는 미미했으며, 실제 로켓모터의 시동여부 및 연소에 의한 유동정상화 시간을 고려해 팽창비가 결정되었다. 또한, 역설계를 통해 디퓨져 특성곡선을 그려본 결과, 최소(최적) 시동압력은 40기압으로 1차원 설계에 20%를 적용한 시동압력 39.6기압과 거의 일치하는 것으로 나타났다.

• 한국추진공학회지
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• 제8권1호
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• pp.61-69
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• 2004

본 연구는 극초음속 모델 스크램제트 엔진 연소기의 화염지지와 연료-공기 혼합과정의 특성을 살펴보기 위하여 수치해석을 이용하여 수행되었다. 연료분사 방법으로 수소연료가 초음속 유동장에 수직분사되는 경우와 공동내부에 분사되는 두 가지 경우를 채택하였으며 각각 UQ(University of Queensland, Australia)와 ANU(Australian National University, Australia)의 충격파 풍동을 이용하여 실험이 수행되었다. 수치해석을 통하여 수직분사 상류의 박리영역과 공동주변에서 연소현상이 관찰되었다. 수직분사의 박리영역과 공동내부분사의 공동은 재순환 영역을 발생시키며, 이 재순환 영역은 연료-공기의 혼합을 촉진시킨다. 또한 자발점화가 박리영역-자유류, 공동-자유류 경계면에서 발생함을 알 수 있었다.