항공우주기술 (Aerospace Engineering and Technology)

한국항공우주연구원 (Korea Aerospace Research Institute)
권호 표지

예조건화 기법과 직접모사법을 이용한 추력기 플룸 거동에 관한 연구

Study on the Thruster Plume Behaviors using Preconditioned Scheme and DSMC Method

  • 투고 : 2008.12.15
  • 심사 : 2009.07.01
  • 발행 : 2009.07.01
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초록

일반적으로 노즐 출구 부근에서 준연속체 상태로 방출된 추력기 플룸 유동은 노즐출구에서 멀어질수록 천이영역을 거쳐 자유분자 영역에 도달하기 때문에 희박영역에서의 추력기 플룸 영향을 연구하기 위해서는 광범위한 유동영역의 모델링이 가능한 직접모사법(DSMC)이 주로 사용된다. 본 논문에서는 희박영역에서 소형 단일추진제 추력기의 플룸 거동을 직접모사법을 이용해 수치적으로 예측하는 것이 목적이다. 정확한 결과를 효율적으로 유추하기 위해 예조건화 기법을 노즐 내부 연속체 영역의 해석에 도입하였으며, 이로부터 얻은 노즐 출구의 물성치 결과들을 직접모사법의 유입조건으로 적용하였다. 이렇게 두 기법을 결합하여 사용한 결과, 노즐 출구 부근에서 발생되는 강한 비평형성 및 넓은 후방 유동 영역 등과 같이 희박영역에서 플룸이 가지는 고유의 특성들을 확인할 수 있었다.

To study the plume effects in the rarefied region, the Direct Simulation Monte Carlo(DSMC) method is usually adopted because the plume field usually contains the entire range of flow regime from the near-continuum in the vicinity of nozzle exit through transitional state to free molecular at far field region from the nozzle. The objective of this study is to investigate the behaviors of a small monopropellant thruster plume in the rarefied region numerically using DSMC method. To deduce accurate results efficiently, the preconditioned scheme is introduced to calculate continuum flow fields inside thruster to predict nozzle exit properties used for inlet conditions of DSMC method. By combining these two methods, the rarefied flow characteristics of plume such as strong nonequilibrium near nozzle exit, large back flow region, etc, can be investigated.

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