An analytical study on performance of superdetonative mode ram accelerator was conducted for understanding the S225 experimental result of ISL. It would be noticeable that ISL S225 experimental result could be analytically simulated with the assumptions of inlet shockwave, equilibrium combustion chemistry, temperature dependent specific heat, and C-J oblique detonation in superdetonative operation mode. As result, the S225 experiment could be affected by heat of aluminum. Also, this study showed that the improper assumption, like isentropic assumption on shockwave, or constant specific heat on combustion, might cause misunderstanding about experimental result.
An numerical study was conducted on superdetonative mode ram accelerator with length extended combustor. The computation condition was based on ISL's RAMAC30 II S225 experiment. For 50% length increased combustor, flame is not sustained. For the case of 60% and 70% increase, flame is successfully sustaind. But detonation wave is oscillating and acceleration is fluctuating. Extention of combustor is helpful for sustaing detonation wave but it may cause unstart.
An numerical study was conducted on superdetonative mode ram accelerator with extended combustor. The computation case was based on ISL's RAMAC30 II experiment. For 50% length increased combustor, flame is not sustained. For the case of 60% and 70% increase, flame is successfully sustaind. But detonation wave is oscillating and acceleration is fluctuating. Increasing of combustor length is helpful for sustaing detonation wave but it may cause unstart.
An analytical study on performance evaluation of superdetonative mode ram accelerator was conducted for understanding the experimental result. The quasi-one dimensional continuum, momentum, energy equations were solved under the assumption of inviscid flow. It would be noticeable that experimental result could be analytically simulated with the assumptions of inlet shockwave, temperature dependent specific heat, and additional aluminum combustion due to ablation of aluminum projectile in superdetonative operation mode. The acceleration of ram accelerator was comparable to experimental result with the consideration of the additional aluminum combustion energy by ablation of projectile. As result, the experimental result with the aluminum projectile could be affected by heat of aluminum.
ISL의 초폭굉 모드 램 가속기 실험을 바탕으로 하여 혼합기 강도를 조정하여 수치해석을 수행하였다 ($3.0CO_2$ 희석과 $2.5CO_2$ 희석). 계산결과 $3.0CO_2$ 희석의 경우는 초기 점화가 이루어지지 않아 탄체가 가속되지 않은 반면 $2.5CO_2$ 희석을 한 경우에는 점화가 이루어지고 높은 가속을 보임을 알 수 있었다. 이것은 탄체의 가속성능이 혼합기의 강도에 단순히 비례하지 않으며 점화가 가능한 최소한의 혼합기 강도 이상에서만 초폭굉 모드 램 가속기가 정상적으로 작동함을 알 수 있었다.
A numerical study is conducted to investigate propulsion performance enhancement based on S225 experiment case of ISL(French-German Research Institute of Saint-Louis)'s superdetonative ram accelerator. For govern equation, multi-species Navier-Stokes equation coupled with Baldwin-Lomax turbulence modeling is used. Govern equation is discretized by Roe's FDS and integrated by LU-SGS time integration. Detailed chemical reaction about $H_2/O_2/CO_2$ for high pressure is considered. $2H_2+O_2+2.5CO_2$ mixture was used for propellant gas. For the same over-driven factor, the launching speed of computation was faster than one of S225. Another configuration and condition of S225 was applied. A flame structure is very different from S225. For strong mixture case, it shows ignition by viscous effect. Acceleration and speed increment is higher than S225 computation and experiment. By using more strong mixture, propulsion performance was enhanced.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권3호
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pp.358-365
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2016
In this study, one-dimensional analysis under the assumption of an inviscid flow was conducted for the experiment initiated by the French-German Research Institute of Saint-Louis (ISL) in order to investigate the energy effect of aluminum combustion. Previous theoretical analysis based on the assumptions of isentropic compression and a constant specific heat derived by ISL claimed that the experiment was not affected by the heat of aluminum combustion. However, rigorous analysis in present investigation that considered the average properties behind the shock wave compression and temperature-dependent specific heat showed that the S225 experiment was partially affected by the aluminum combustion. The increase in heat due to aluminum combustion was estimated from the rigorous analysis.
A numerical study is carried out to examine the ignition and propagation process of detonation wave in SCRam-accelerator operating in superdetonative mode. The time accurate solution of Reynolds averaged Navier-Stokes equations for chemically reacting flow is obtained by using the fully implicit numerical method and the higher order upwind scheme. As a result, it is clarified that the ignition process has its origin to the hot temperature region caused by shock-boundary layer interaction at the shoulder of projectile. After the ignition, the oblique detonation wave is generated and propagates toward the inlet while constructing complex shock-shock interaction and shock-boundary layer interaction. Finally, a standing oblique detonation wave is formed at the conical ramp.
초폭굉 램 가속기의 탄체 형상은 탄체 주위에 형성되는 충격파의 구조 및 데토네이션파의 생성, 그리고 탄체의 가속 특성에 커다란 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 초폭굉 모드의 기본 탄체 형상인 원추-원퉁-원추의 전.후면 반 꼭지각의 변화와 이중 원추, 그리고 Power-Law 형상 등의 탄체 전면 형상의 변화가 탄체 주위의 유동장, 데토네이션파의 형성 과정, 그리고 탄체 가속 특성에 미치는 영향을 수치적으로 해석하였으며, 이중 원추면의 높이와 각도를 변화시킴으로써 전.후면 반 꼭지각이 $10^{\cire}$인 ISL의 기본 형상에 비하여 약 31.0%의 향상된 가속 성능을 갖는 램 가속기 탄체 형상을 도출하였다. 이러한 탄체 가속 특성 연구 결과는 향후 램 가속기에 대한 설계 최적화 연구에 유용한 자료로 이용 될 것이다.
In this paper, the numerical study has been done for the improvement of the superdetonative ram accelerator performance and for the design optimization of the system. The objective function to optimize the premixture composition is the ram tube length, required to accelerate projectile from initial velocity V/sub 0/ to target velocity V/sub e/. The premixture is composed of H₂, O₂, N₂ and the mole numbers of these species are selected as design variables. RSM(Response Surface Methodology) which is widely used for the complex optimization problems is selected as the optimization technique. In particular, to improve the non-linearity of the response and to consider the accuracy and the efficiency of the solution, design space stretching technique has been applied. Separate sub-optimization routine is introduced to determine the stretching position and clustering parameters which construct the optimum regression model. Two step optimization technique has been applied to obtain the optimal system. With the application of stretching technique, we can perform system optimization with a small number of experimental points, and construct precise regression model for highly non-linear domain. The error compared with analysis result is only 0.01% and it is demonstrated that present method can be applied to more practical design optimization problems with many design variables.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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