2차목에 의한 고고도 모사용 초음속 디퓨져 시동성능 향상

Improvement of Starting Performance in Supersonic Exhaust Diffuser with Second Throat for High Altitude Simulation

초음속 디퓨져를 사용하는 고도모사 장치에서 기존에 연구되었던 일정단면적 형태를 개선해 2차 목 형태 디퓨져의 효과를 고찰하였다. 기 수행 된 일정단면적 디퓨져 정상상태 해석 결과 및 공압시험 데이터를 바탕으로 본 연구의 해석방법을 검증하고, 2차목에 의한 효과를 정량화시키기 위해 노즐전압력과 2차목 면적에 따른 시동성능과 진공챔버압력 변화에 관하여 해석하였다. 일정단면적 디퓨져 내부 벽면 및 중심축을 따른 압력데이터 비교에서 일치하는 거동을 확인했으며, 2차목의 사용에 의해 시동을 위한 노즐 전압력이 현저히 낮아짐을 알 수 있었다. 저팽창비 노즐 사용으로 인하여 2차목에 의한 진공챔버 내 압력 변화는 거의 없음을 관찰하였다.

Performance characteristics of the axi-symmetric supersonic exhaust diffuser (SED) with a second throat are numerically investigated. Computational strategy repeats those for a straight exhaust diffuser with zero-secondary flows. Renolds-Average Navier-Stokes equations with a standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model incorporated with standard wall function are solved to simulate the diffusing evolutions of the nozzle plume. The methodology is validated with accuracy. To predict the improvement of starting performance by second throat diffuser, diffuser characteristic curve due to the SED equipped with the second throat is speculated with respect to that of a straight area type as a function of nozzle stagnation pressure. Principal physics caused by the of the second throst is also addressed in terms of a second throat area ratio.