In this study, a boundary-layer bleeding and a two-staged fuel injection were applied to a scramjet engine for suppressing unstart transition and improving the thrust performance under Mach 6 flight conditions. With the boundary-layer bleeding, the engine could operate without unstart transition around at the fuel equivalence ratio of unity ($\Phi$ = 1). The thrust increment from the no fuel condition (dF) increased to 2460 N, which was about 1.4 times as large as that of the case without the bleeding and maximum in our Mach 6 tests. It was confirmed that the boundary-layer bleeding suppressed the separation during the engine operation. The two-staged fuel injection was less effective for improving the thrust performance com-pared with the single-staged one with the bleeding at Mach 6.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제1권1호
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pp.24-32
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2008
Bleeding away a part of the boundary layer next to the wall is an effective method for controlling boundary-layer distortions from incident shock waves or curvature in geometry. When the boundary-layer flow is supersonic, the physics of bleeding with and without an incident shock wave is more complicated than just the removal of lower momentum fluid next to the wall. This paper reviews CFD studies of shock-wave/boundary-layer interactions on a flat plate with bleed into a plenum through a single hole, three holes in tandem, and four rows of staggered holes in which the simulation resolves not just the flow above the plate, but also the flow through each bleed hole and the plenum. The focus is on understanding the nature of the bleed process.
본 연구에서는 간단한 압축성 유체이론에 기초하여 렘젯 엔진의 초음속 흡입구를 개념 설계하고 보다 넓은 범위의 운영조건에서 안정적인 성능을 내도록 블리딩 유동제어 연구를 수행하였다. 초음속 흡입구의 성능을 개선시키기 위해서는 충격파 안정성, 충격파-경계층 상호작용 및 유동 박리를 적절히 제어할 수 있어야 한다. 비점성 해석을 통해 얻어진 1차 기초설계 형상으로부터 점성을 고려하여 충격파의 강도와 경계층 및 박리의 효과가 반영된 2차 수정설계를 수행하였다. 그 결과 설계조건에서 충격파가 안정화되고 목표 흡입 유량을 만족하는 형상을 얻었다. 흡입구가 탈 설계조건 내에서도 성능이 유지되도록 하기 위해 블리딩을 적용하였다. 질량유량 경계조건을 이용하여 블리딩 효과를 모델링 하였으며 위치와 개수를 조절해가며 성능변화를 관찰하였다.
The purpose of this paper is the study on the characteristics of an inlet system with shock/boundary layer interactions by using various types of bumps which are substituted for the conventional bleeding system in supersonic inlet. in this study a comprehensive numerical analysis has been performed to understand the three-dimensional flow field including shock/boundary layer interaction and growth of turbulent boundary layer that might occur around a three-dimensional bump in a supersonic inlet. The characteristics of boundary layer seen in the current numerical simulations indicate the potential capability of a three-dimensional bump to control shock/boundary layer interaction in supersonic inlets.
The purpose of this study is the characteristics of an innovative inlet system with shock/boundary layer interactions by using various types of bumps which are substituted for the conventional bleeding system in supersonic inlet. This study performs a comprehensive numerical effort that be directed at better understanding the three-dimensional flowfield includes shock/boundary layer interaction and growth of turbulent boundary layer that occur around a three-dimensional bump in a supersonic inlet. The characteristics of boundary layer seen in the current numerical simulations indicates the potential capability of the three-dimensional bump to control shock/boundary layer interaction in supersonic inlets.
New S-shaped aeroelastic mesoflaps are utilized to control normal shock/boundary-layer interactions. New generation of the mesoflaps is designed f3r a better rigidness and a good flow uniformity across the ulteractions. ,Major advantages of the mesoflap system can be a better total pressure recovery downstream of the interactions due to the lambda shock structure over the flap system, and a rehabilitation of the thickened boundary layer due to bleeding through a cavity underneath the flap system. Skin friction has been measured downstream of the interactions, using the laser interferometer skin friction (LISF) meter, which optically detects the rate of thinning of an oil film applied to the test surface. Various flap-thicknesses of the S-shaped mesoflap arrays are tested, and the results are compared to the solid-wall reference case. Overall, not much difference in the level of skin friction is noticed for the S-shaped flap arrays of various thicknesses, and its level is lower than the skin friction downstream of the solid-wall interaction
A numerical model is constructed to simulate the interactions of oblique shock wave / turbulent boundary layer on a strongly heated wall. The heated wall temperature is two times higher than the adiabatic wall temperature and the shock wave is strong enough to induce boundary layer separation. The numerical diffusion in the finite volume method is reduced by the use of a higher order convection scheme(UMIST scheme) which is a TVD version of QUICK scheme. The turbulence model is Chen-Kim two time scale model. The comparison of the wall pressure distribution with the experimental data ensures the validity of this numerical model. The effect of strong wall heating enlarges the separation region upstream and downstream. In order to eliminate the separation, wall suction is applied at the shock foot position. The bleeding slot width is about same as the upstream boundary layer thickness and suction mass flow is 10% of the flow rate in the upstream boundary layer. The final configuration of the shock reflection pattern and the wall pressure distribution approach to the non-viscous value when wall suction is applied.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권3호
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pp.324-331
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2016
The present study focuses on the characteristics of a supersonic jet flowing from a rectangular nozzle exit on a flat plate. Flow visualization techniques using schlieren and kerosene-lampblack tracing are utilized to investigate shock reflection structures and boundary-layer separations over a flat plate. Wall pressure measurements are also carried out to quantitatively analyze the flow structures. All observations are repeated for multiple jet flow boundary conditions by varying the flap length and nozzle pressure ratio. The experimental results show that the jet flow structures over the flat plate are highly three-dimensional with strong bleeding flows from the plate sides, and that they are sensitive to plate length and nozzle pressure ratio. A multi-component force measurement device is also utilized to observe the characteristics of the jet flow thrust vectoring over the plate. The maximum thrust deflection angle of the jet is about $8^{\circ}$, demonstrating the applicability of thrust vector control via a flat plate installed at the nozzle exit.
Japan Aerospace Exploration Agency(JAXA) has been conducting research and development of the Scramjet engines and their derivative combined cycle engines as hypersonic propulsion system for space access. Its history will be introduced first, and its recent advances, focusing on the engine performance progress, will follow. Finally, future plans for a flight test of scramjet and ground test of combined cycle engine will be introduced. Two types of test facilities for testing those hypersonic engines. namely, the 'Ramjet Engine Test Facility (RJTF)' and the 'High Enthalpy Shock Tunnel (HIEST)' were designed and fabricated during 1988 through 1996. These facilities can test engines under simulated flight Mach numbers up to 8 for the former, whereas beyond 8 for the latter, respectively. Several types of hydrogen-fueled scramjet engines have been designed, fabricated and tested under flight conditions of Mach 4, 6 and 8 in the RJTF since 1996. Initial test results showed that the thrust was insufficient because of occurrence of flow separation caused by combustion in the engines. These difficulty was later eliminated by boundary-layer bleeding and staged fuel injection. Their results were compared with theory to quantify achieved engine performances. The performances with regards to combustion, net thrust are discussed. We have reached the stage where positive net thrust can be attained for all the test coditions. Results of these engine tests will be discussed. We are also intensively attempting the improvement of thrust performance at high speed condition of Mach 8 to 15 in High Enthalpy Shock Tunnel (HIEST). Critical issues for this purposemay be air/fuel mixing enhancement, and temperature control of combustion gas to avoid thermal dissociation. To overcome these issues we developed the Hypermixier engine which applies stream-wise vortices for mixing enhancement, and the M12-engines which optimizes combustor entrance temperature. Moreover, we are going to conduct the flight experiment of the Hypermixer engine by utilizing flight test infrastructure (HyShot) provided by the University of Queensland in fall of 2005 for comparison with the HIEST result. The plan of the flight experiment is also presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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