• 제목/요약/키워드: Unsteady Shock Motion

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Passive Prandtl-Meyer Expansion Flow with Homogeneous Condensation

  • Baek, Seung-Cheol;Kwon, Soon-Bum;Kim, Heuy-Dong
    • Journal of Mechanical Science and Technology
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    • 제18권3호
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    • pp.407-418
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    • 2004
  • Prandtl-Meyer expansion flow with homogeneous condensation is investigated experimentally and by numerical computations. The steady and unsteady periodic behaviors of the diabatic shock wave due to the latent heat released by condensation are considered with a view of technical application to the condensing flow through steam turbine blade passages. A passive control method using a porous wall and cavity underneath is applied to control the diabatic shock wave. Two-dimensional, compressible Navier-Stokes with the nucleation rate equation are numerically solved using a third-order TVD (Total Variation Diminishing) finite difference scheme. The computational results reproduce the measured static pressure distributions in passive and no passive Prandtl-Meyer expansion flows with condensation. From both the experimental and computational results, it is found that the magnitude of steady diabatic shock wave can be considerably reduced by the present passive control method. For no passive control, it is found that the diabatic shock wave due to the heat released by condensation oscillates periodically with a frequency of 2.40㎑. This unsteady periodic motion of the diabatic shock wave can be completely suppressed using the present passive control method.

수치계산에 의한 초음속 제트에서의 스크리치 현상 해석 (Numerical Simulation of the Screech Phenomenon in a Supersonic Jet)

  • 김용석;김성초;김정수
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2007년도 제28회 춘계학술대회논문집
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    • pp.329-334
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    • 2007
  • 초음속 제트 마하수 1.07부터 1.2 범위에서 축대칭 제트 스크리치 톤을 해석하였다. 축대칭 모드는 낮은 마하수 축대칭 제트의 지배적인 스크리치 톤 모드이다. 난류 해석을 위해 수정된 Spalart-Allmaras 모델을 RANS (Reynolds-averaged Navier-Stokes) 방정식에 사용하였다. 스크리치 톤 해석에서 중요한 음파의 전파, shock-cell 구조, shock-cell의 비정상 거동 및 거대한 불안정 파를 정확히 계산하기 위해 비반사 특성 경계조건과 연계한 고차정확도의 ENO 기법을 사용하였다. 수치해석결과는 다른 연구자들의 실험 결과와 잘 일치하였으며, 따라서 본 연구에 사용된 수치 기법들이 초음속 제트 유동 구조 및 소음연구에 유용함을 확인하였다.

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구조 비전형성 및 충격파 간섭효과를 고려한 미사일 날개의 천음속 유체유발 진동특성 (Characteristics of Transonic Flow-Induced Vibration for a Missile Wing Considering Structural Nonlinearity and Shock Inference Effects)

  • 김동현;이인;김승호;김태연
    • 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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    • 한국소음진동공학회 2002년도 추계학술대회논문집
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    • pp.914-920
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    • 2002
  • Nonlinear flow-induced vibration characteristics of a generic missile wing (or control surface) are investigated in this study. The wing model has freeplay structural nonlinearity at its pitch axis. Nonlinear aerodynamic flows with unsteady shock waves are considered in the transonic flow region. To practically consider the effects of freeplay structural nonlinearity, the fictitious mass method (FMM) is applied to structural vibration analysis based on a finite element method (FEM). A computational fluid dynamics (CFD) technique is used for computing the nonlinear unsteady aerodynamics of all-movable wings. The aerodynamic analysis is based on the efficient transonic small-disturbance aerodynamic equations of motion using the potential-flow theory. To solve the nonlinear aeroelastic governing equations including the freeplay effect, a modal-based computational structural dynamic (CSD) analysis technique based on fictitious mass method (FMM) is used in time-domain. In addition, CSD and unsteady CFD techniques are simultaneously coupled to give accurate computational results. Various aeroelastic computations have been performed for a generic missile wing model. Linear and nonlinear aeroelastic computations have been conducted and the characteristics of flow-induced vibration are introduced.

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안전한 초음속 공중발사를 위한 삼차원 로켓 주위의 모선분리 유동 해석 (NUMERICAL INVESTIGATION ON THE SAFE SUPERSONIC AIR-LAUNCHING ROCKET SEPARATION FROM THE MOTHER PLANE)

  • 지영무;이재우;박준상
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산유체공학회 2005년도 추계 학술대회논문집
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    • pp.255-259
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    • 2005
  • 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.

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초음속 공중발사를 위한 전기체-로켓의 비정상 분리 유동특성 (Unsteady Separation Characteristics of Air-Launching Rocket from Full-Geometry Mother Plane)

  • 지영무;변영환;박준상;이재우
    • 한국항공우주학회지
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    • 제35권6호
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    • pp.474-482
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    • 2007
  • 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.

무게중심 변화에 따른 초음속 공중발사 로켓의 모선분리 연구 (Center-of-Gravity Effect on Supersonic Separation from the Mother Plane)

  • 지영무;이재우;변영환;박준상
    • 유체기계공업학회:학술대회논문집
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    • 유체기계공업학회 2006년 제4회 한국유체공학학술대회 논문집
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    • pp.423-426
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    • 2006
  • 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.

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초음속 비행환경 조건에서의 슈라우드 분리시험 연구 (Experimental Investigation for the Shroud Separation in the Supersonic Flow)

  • 김정영;이동민
    • 한국항공우주학회지
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    • 제45권7호
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    • pp.539-549
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    • 2017
  • 본 논문에서는 마하 3의 초음속 유동 환경에서의 슈라우드 분리 특성 연구를 위한 시험을 수행하였다. 시험은 분리 구조물의 시험이 가능한 수직 자유 젯 풍동에서 이루어졌다. 분리시험용 슈라우드는 시험 목적과 시험 환경에 맞게 소형화한 축소형 모델을 사용하였으며 외부 유동의 하중을 고려해 잠금/전개장치를 설계하였다. 고속카메라를 활용해 슈라우드가 전개되는 동안 슈라우드에서 생성되는 충격파 변화 양상과 슈라우드 전개/분리 거동을 기록하였다. 또 첨두부 동체 표면에는 압력센서를 적용해 슈라우드가 전개되는 동안 첨두부 표면에 작용하는 비정상 압력을 계측하였다. 시험자료 분석 결과, 슈라우드 분리기술 연구에 필요한 슈라우드 분리 영상 및 첨두부 비정상 압력 자료를 획득하였다. 아울러 외부 유동의 온도와 방향 조건에 따른 슈라우드 분리 거동과 충격파 변화 양상 그리고 첨두부 표면 압력 변화 특성을 확인하였다.

Parametric Analysis and Design Optimization of a Pyrotechnically Actuated Device

  • Han, Doo-Hee;Sung, Hong-Gye;Jang, Seung-Gyo;Ryu, Byung-Tae
    • International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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    • 제17권3호
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    • pp.409-422
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    • 2016
  • A parametric study based on an unsteady mathematical model of a pyrotechnically actuated device was performed for design optimization. The model simulates time histories for the chamber pressure, temperature, mass transfer and pin motion. It is validated through a comparison with experimentally measured pressure and pin displacement. Parametric analyses were conducted to observe the detailed effects of the design parameters using a validated performance analysis code. The detailed effects of the design variables on the performance were evaluated using the one-at-a-time (OAT) method, while the scatter plot method was used to evaluate relative sensitivity. Finally, the design optimization was conducted by employing a genetic algorithm (GA). Six major design parameters for the GA were chosen based on the results of the sensitivity analysis. A fitness function was suggested, which included the following targets: minimum explosive mass for the uniform ignition (small deviation), light casing weight, short operational time, allowable pyrotechnic shock force and finally the designated pin kinetic energy. The propellant mass and cross-sectional area were the first and the second most sensitive parameters, which significantly affected the pin's kinetic energy. Even though the peak chamber pressure decreased, the pin kinetic energy maintained its designated value because the widened pin cross-sectional area induced enough force at low pressure.

무게중심 변화에 따른 초음속 공중발사 로켓의 모선분리 연구 (Center-of-Gravity Effect on Supersonic Separation from the Mother Plane)

  • 지영무;이재우;변영환;박준상
    • 한국추진공학회:학술대회논문집
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    • 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
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    • pp.36-40
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    • 2006
  • 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.

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점성 및 충격파효과를 고려한 천음속 터빈 케스케이드의 유체유발 진동해석 (Flow-induced Vibration of Transonic Turbine Cascades Considering Viscosity and Shock Wave Effects)

  • 오세원;박웅;김동현
    • 한국소음진동공학회논문집
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    • 제16권9호
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    • pp.937-948
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    • 2006
  • In this study, a fluid/structure coupled analysis system for simulating complex flow-induced vibration (FIV) phenomenon of cascades has been developed. The flow is modeled using Euler and Wavier-Stokes equations with different turbulent models. The fluid domains are modeled using the unstructured grid system with dynamic deformations due to the motion of structural boundary. The Spalart-Allmaras (S-A) and the SST ${\kappa}-{\omega}$ turbulent models are used to predict the transonic turbulent flows. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used in order to solve the coupled governing equations for viscous flow-induced vibration phenomena. For the purpose of validation for the developed FIV analysis system, comparison results for computational analyses of steady and unsteady aerodynamics and flutter analyses are presented in the transonic flow region. In addition, flow-induced vibration analyses for the isolated cascade and multi-blades cascade models have been conducted to show the physical fluid-structure interaction effects in the time domain.