2차 가스 분사 추력벡터 제어 성능 해석을 위한 체계적인 수치계산을 수행하였다. 분사위치와, 노즐 팽창각이 압력비, 추력비, 비추력비 및 축추력 증대와 같은 전체 성능 파라미터에 미치는 2차 분사의 효과를 고찰하였다. 2차 제트 분사에 의한 복잡한 노즐 배기 유동에 대한 수치 해석은 Baldwin-Lomax 난류 모델을 포함하는 비정상 3차원 레이놀즈 평균 Navier-Stokes 방정식을 이용하여 수행하였고, 팽창 팽착반각이 $9.6^{\cire}$인 로켓 노즐에서의 2차 공기분사에 대해 적용, 실험값과 비교, 검증 하였다. 전체 성능 파라미터에 대한 결과로서 주 노즐의 하류에 2차 분사구를 위치시키는 것이 반사 충격파의 발생을 방지하며, 넓은 적용범위에 대하여 효율적이고 안정한 추력 방향제어에 적합한 것으로 나타났다.
우주항공 산업과 유도무기의 발달로 여러 종류의 다양한 고성능 추진기관의 개발이 요구됨에 따라서 보다 정확한 추력계측이 요구된다. 이와 같은 요구조건을 충족하기위하여 지금까지 국방과학연구소에서 개발하여 적용하고 있는 시험대의 설계 기법을 제시하고 시험대의 설계에 필요한 기본적이며 전문적인 지식, 개념을 정리한 것이다. 본 논문에서 정확도를 해치는 여러 가지 원인 분석과 제거기법을 제시하였으며 본 설계기법을 적용한 실례를 통하여 본 설계기법의 우수성을 확인하였다.
추력시험대는 로드셀을 이용하여 추진시스템의 추력을 계측하는 장치로 추진시스템 특성에 따라 다양한 방식이 적용된다. 본 논문에서는 연소관 변형에 의한 로드셀 중심과 추력 벡터의 어긋남이 추력시험대에 적용된 체결방식에 따라 추력오차에 어떤 영향을 미치는지 이론적으로 분석하였으며 수치해석 결과와 서로 일치함을 확인하였다. 그리고 플렉셔 성능을 결정하는 매개변수를 정의하고 이에 따른 플렉셔 성능을 분석함으로써 계측 신뢰도 뿐 만 아니라 시험 안전성이 우수한 추력시험대 운영개념을 제시하였다.
In general, Liquid Injection Thrust Vector Control(LITVC) is accomplished by injecting a liquid into the supersonic exhaust flow through holes in the wall of the propulsion nozzle. This injection flow field is highly complicated and detailed flow physics associated with the secondary flow injection should be known far the practical design and use of the LITVC system. The present study aims at understanding the LTTVC flow field and obtaining fundamental design parameters for LITVC. The experimentations were performed in a supersonic blow-down wind tunnel. Compressed, dry air was used for both the main exhaust and injection flows but the pressures of these two flows were controlled independently. The location of the injection holes was changed and the pressures of the two streams were also changed between 2.0 and 15.0 bar. The effectiveness of LITVC was discussed in details using the results of the pressure measurements and flow visualizations
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.
Thrust vector control using a coflow-counterflow concept is achieved by suction and blowing through a slot adjacent to a primary jet which is shrouded by a suction collar. In the present study, the flow characteristics of thrust vectoring is investigated using a numerical method. The nozzle has a design Mach number of 2.0, and the operation pressure ratio is varied to obtain various flow features of the nozzle flow. Test conditions are in the range of the nozzle pressure ratio from 6.0 to 10.0, and a suction pressure from 90kPa to 35kPa. Two-dimensional, compressible Navier-Stokes computations are conducted with RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model. The computational results provide an understanding of the detailed physics of the thrust vectoring process. It is found that an increase in the nozzle pressure ratio leads to increased thrust efficiency but reduces the thrust vector angle.
Computational study is performed to understand the fluidic thrust vectoring control of an axisymmetric nozzle, in which secondary gas injection is made in the divergent section of the nozzle. The nozzle has a design Mach number of 2.0, and the operation pressure ratio is varied to obtain the different flow features in the nozzle flow. The injection flow rate is varied by means of the injection port pressure. Test conditions are in the range of the nozzle pressure ratio from 3.0 to 8.26 and the injection pressure ratio from 0 to 1.0. The present computational results show that, for a given nozzle pressure ratio, an increase of the injection pressure ratio produces increased thrust vector angle, but decreases the thrust efficiency.
Experimental and computational studies were performed to investigate the effectiveness of a thrust vectoring method using a counterflow concept. A shadowgraph method was used to visualize the supersonic jet expanded from a two-dimensional convergent-divergent nozzle and deflected by a now suction. The primary nozzle pressure and suction nozzle pressure ratios are varied between 3.0 and 5.0, and between 0.2 and 1.0 respectively. The present experimental and computational results showed that, for a given primary nozzle pressure ratio, a decrease in the suction nozzle pressure ratio produced an increased thrust vector angle, and during the change processes of the suction pressure, a hysteresis effect of the thrust vectoring was found through the wall pressure distributions.
발사체의 추력벡터제어를 위한 구동장치시스템에서 관성부하를 갖는 전기기계식 위치서보 시스템의 공진 특성과 유연한 기체구조체 지지부의 구조공진이 결합되어 합성공진이 발생한다. 이렇게 발생한 공진은 발사체의 자세제어시스템에 되먹임되어 자세안정성에 영향을 줄 수 있다. 본 논문에서는 발사체의 추력벡터제어를 위한 직구동 방식의 전기기계식 구동장치의 합성공진을 해석하기 위한 모델을 소개하고 합성공진 현상을 저감하여 구동기의 동특성을 개선하는 동적 하중 되먹임 제어기법의 해석 및 시험 결과를 기술하였다.
고체 추진 로켓에 있어서의 추력제어는 액체 추진 로켓의 그것보다 한정되어 있다. 추진제의 혼합비는 물론 연소시간과 면적 등 연소에 관계된 모든 부분들이 이미 정해져 있기 때문에 당연한 결과이다. 이러한 고체 추진 로켓의 추력을 방향 제어하기는 고체 추진 로켓의 용도나 목적 대비 효율 측면에서 실용적이지 못한 부분이다. 하지만 고체 추진 로켓의 추력의 극대화하여 탑재물의 중량 한계를 늘리고 보다 많은 목적을 위한 탑재물의 증가는 당연히 이루어야 할 과제이다. 고체 추진 로켓에서의 추력을 노즐 형상의 설계를 통해 강구해 보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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