An analysis is made of flow and rocket motion during a supersonic separation stage of air-launching rocket from the mother plane. Three-dimensional Euler and Navier-Stokes equations are numerically solved to analyze the steady/unsteady flow field around the rocket which is being separated from two cases of mother plane configuration: one is an idealized ogive-cylinder body and the other is a real F-4E Phantom. The simulation results clearly demonstrate the effect of shock-expansion wave interaction between the rocket and the mother plane. As a result, a design-guideline of supersonic air-launching rocket for the safe separation is proposed.
An analysis is made of flow and rocket motion during a supersonic separation stage of air-launching rocket(ALR) from the mother plane. Three-dimensional compressible Navier-Stokes equations is numerically solved to analyze the steady/unsteady flow field around the rocket which is being separated from the mother plane configuration(F-4E Phantom). The simulation results clearly demonstrate the effect of shock-expansion wave interaction between the rocket and the mother plane. To predict the behavior of the ALR according to the change of the C.G., three cases of numerical analysis are performed. As a result, a design-guideline of supersonic air-launching rocket for the safe separation is proposed.
We calculate the coordinates of an axisymmetric nozzle with a central body. This nozzle ensures a transonic flow with a plane sound surface, which is orthogonal to the symmetry axis and has a wall kink at the sonic point, The Chaplygin transformation in the subsonic part of the flow leads the Dirichlet problem for a system of nonlinear equations. The definition domain of the solution in the velocity-hodograph plane is taken as a rectangle. This enables one to obtain the nozzle with a monotonic distribution of velocity along its subsonic part. In the nonlinear differential equation, the linear Chaplygin operator for plane flows is separated, which allows the iterative calculation of the solution. The supersonic part of the nozzle is calculated under the assumption that the flow at the nozzle exit is uniform and parallel to the symmetry axis; i.e., the supersonic jet outflows to the submerged space with the same pressure. The calculation is performed by the characteristic method. The exact solution of Tricomi equation for near-sonic flows with the straight sonic line is used to 'move away' the sound plane. The velocity distribution alone the supersonic part of the nozzle is also monotonic, which ensures the absence of the boundary-layer separation and, therefore, the adequacy of the ideal-gas model. calculations show that the flow in the supersonic part of the nozzle is continuous (compression shocks are absent)
For the improvement of aerodynamic performance of the turbine blade in a turbopump for the liquid rocket engine, the optimization of turbine profile shape has been studied. The turbine in a turbopump in this study is a partial admission of impulse type, which has twelve nozzles and supersonic inflow. Due to the separated nozzles and supersonic expansion, the flow field becomes complicate and shows oblique shocks and flow separation. To increase the blade power, redesign ol the blade shape using CFD and optimization methods was attempted. The turbine cascade shape was represented by four design parameters. For optimization, a genetic algorithm based upon non-gradient search hue been selected as an optimizer. As a result, the final blade has about 4 percent more blade power than the initial shape.
초음속 공중발사 로켓의 모선분리에 대한 유동해석을 수행하였다. 모선(F-4E Phantom)에서 분리되는 로켓주변 유동장의 정상/비정상 유동해석을 위해 압축성 Wavier-Stokes방정식이 사용되었으며, 해석결과는 모선과 로켓간의 충격파-팽창파 간섭효과를 잘 보여주고 있다. 무게중심의 변화에 따른 로켓의 거동을 예측하기 위하여 세 가지 경우에 대한 전산해석을 수행하였으며, 결과적으로 초음속 공중발사 로켓의 안전한 모선분리를 위한 설계 가이드라인을 제시 하였다.
Despite the massive effort which has been given to the analysis of the base flows, one commonly occurring case seems to be overlooked. This is for base (rearward facing surface) which is between a subsonic flow and supersonic flow. Potential flows of the air and gas streams are computed for the flow past a separated wake. Then a viscous jet mixing is superimposed on this inviscid solution. Conservation of mass, momentum and energy is achieved by multiple iterations. Despite the iterations, the wake flow field is computed with modest computer requirements.
The plume-induced shock wave is a complex phenomenon, consisting of plume-induced boundary layer separation, separated shear layer, multiple shock waves, and their interactions. The knowledge base of plume interference effect on powered missiles and flight vehicles is not yet adequate to get an overall insight of the flow physics. Computational studies are performed to better understand the flow physics of the plume-induced shock and separation particularly at high plume to exit pressure ratio. Test model configurations are a simplified missile model and two rounded and porous afterbodies to simulate moderately and highly underexpanded exhaust plumes at the transonic/supersonic speeds. The result shows that the rounded afterbody and porous wall attached at the missile base can alleviate the plume-induced shock wave phenomenon, and improve the control of the missile body.
초음속 공중발사 로켓의 모선분리에 대한 유동해석을 수행하였다. 전기체 형상의 모선(F-4E Phantom)에서 분리되는 로켓주변 유동장의 정상/비정상 유동해석을 위해 압축성 Navier-Stokes 방정식이 사용되었으며, 해석결과는 모선과 로켓간의 충격파-팽창파 간섭효과를 잘 보여주고 있다. 무게중심의 변화에 따른 로켓의 거동을 예측하기 위하여 세 가지 경우에 대한 전산해석을 수행하였으며, 결과적으로 초음속 공중발사 로켓의 안전한 모선분리를 위한 설계 가이드라인을 제시하였다.
The projectile afterbodies for zero-lift drag reduction has been analyzed using the Navier-Stokes equations with the κ-εturbidence model. The numerical method of a second order upwind scheme has been used on an unstructured adaptive grid system. Base drag reduction methods that have been found effective on axisymmetric bodies are boattailing, base bleed, base combustion, locked vortex afterbodies and multistep afterbodies. In this paper, turbulence flow and pressure charateristics have been studied for geometries of multistep afterbodies. The important geometrical and flow parameters relevant to the design of such afterbodies have been identified by step number, length and height. The flow over multistep aftoerbodies or base have many kinds of compressible flow characteristics including expansion waves at the trailing edge, recompression waves, separation and recirculating flow in the base region, shear flow and wake flow. The numerical results have been compared and analyzed with the experimental data. The flow characteristics have been clearly shown.
The realizability condition has been applied to modern turbulence models, Simulations are performed to compare ${\kappa}-{\omega}$ turbulence models imposing the realizability condition. An improvement to the ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model is also presented and shown to lead to better agreement with data for supersonic base flows. The improvement is achieved by imposing a grid-independent realizability constraint in the Launder-Sharma ${\kappa}-{\varepsilon}$ model. Numerical results for several test problems show a critical role of the realizability constraint in the prediction of separated flows.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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