• 대한기계학회논문집B
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• 제39권10호
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• pp.795-803
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• 2015

본 연구에서는 발전용 터빈 제 1 단 동익 흡입면에서 발달하는 경계층유동에 대하여 체계적으로 연구하였다. 이를 위해 흡입면에서 열부하가 급격하게 변화하는 대표적인 영역에 대하여, 경계층의 평균 유속, 난류강도, 에너지스펙트럼 등을 측정하였다. 그 결과 흡입면 경계층유동이 층류에서 난류 경계층으로 천이됨을 확인할 수 있었고, 이 천이경로는 박리버블의 전단층에서 주로 발생하는 박리유동 천이로 확인되었다. 흡입면에서 열부하의 최소값이 존재하는 곳은 흡입면 경계층유동의 천이가 시작되는 위치에 해당하며, 열부하가 최대인 곳은 박리유동 천이가 모두 마무리되어 벽근처에 강력한 난류유동이 존재하는 곳과 일치하였다. 에너지스펙트럼의 측정을 통하여, 흡입면 경계층의 박리유동 천이 전후에 나타나는 난류운동에너지의 주파수 특성을 자세히 파악할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권1호
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• pp.17-25
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• 2019

항공기의 Intake는 공간적 제약 또는 생존성 확보의 이유로 S형태의 곡률을 갖는 덕트를 가진다. 그러나 덕트의 곡률은 2차유동과 유동박리의 발생을 야기하며 불균일한 압력분포 생성의 원인이 된다. 본 연구에서는 RAE M 2129 S-Duct의 형상에 보조 Duct를 적용하여 경계층 흡입을 수행하였다. 경계층 흡입의 위치와 각도를 설계변수로 설정하였으며, 흡입면에서 동일 유량을 흡입하는 조건을 부여하였다. S-Duct의 전산해석 타당성을 검증하기 위하여 Port Side와 Starboard Side의 무차원 압력 분포를 ARA 실험값, 전산해석 값과 각각 비교하여 확인하였다. 본 연구에서는 유동 왜곡을 판단하는 공기역학적 성능인자로 유동 왜곡 계수를 사용 하였으며, 경계층 흡입에 의한 유동박리, 와류, 유량 분포 및 압력 분포를 비교 분석 하였다. 그 결과 경계층 흡입 적용 이전과 비교하여 최대 26.14%의 유동 왜곡 계수 저감 효과를 확인하였다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제1회(2012년)
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• pp.77-80
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• 2012

초음속 흡입구는 설계점에서 안정적으로 작동하지만 설계점 밖에서는 엔진성능이 급격히 감소하거나 층 격파 불안정 문제가 발생할 수 있다. 초음속 흡입구의 일반적인 특성을 파악하기 위해 2단 꺾임각을 갖는 외부 압축식 2차원 흡입구를 설계하고 EDISON_열유체 시스템을 이용하여 최종적으로 설계 마하수 2.5에서 작동하는 형상을 얻었다. 그러나 설계 마하수 이하의 영역에서는 충격파-경계층, 충격파간 상호작용으로 인해 유동에서 박리가 발생하고 최종적으로 흡입구 목을 질식시켜 아임계 상태로 천이된다. 이를 해결하기 위해 유동 제어 방법 중 하나인 bleeding을 이용하여 경계층을 제거하거나 유동의 박리를 방지하여 충격파를 cowl lip 전방에 안정하게 고정시킬 수 있었으며, 결과적으로 목적하였던 마하수 2.0에서 2.5에 이르는 작동 영역에서 강건하게 운용될 수 있는 초음속 흡입구를 설계하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2004년도 제23회 추계학술대회 논문집
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• pp.47-52
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• 2004

극초음속 스크램제트 흡입구의 설계는 다양한 공기열역학적인 현상을 수반한다. 이러한 현상은 무딘 앞전효과, 경계층 발달 문제, 천이, 점성/비점성 결합, 충격파 상호작용, 충격파 경계층 상호작용 및 유동 형상 등을 포함한다. 한정된 마하수와 고도 영역 내에서 운용되기 위해 설계되는 흡입구에서는 이러한 현상들 중 몇 가지 현상에 대한 이해가 요구된다. 본 연구에서는 HyShot 비행시험에서 발생할 수 있는 고도와 받음각 극단에서의 흡입구 성능을 연구하기 위해 몇 가지 중요한 유동 현상(점성 현상, 경계층 박리, 연소기 입구 유동 형상)들이 논의 될 것이다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권12호
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• pp.1025-1031
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• 2012

본 연구에서는 간단한 압축성 유체이론에 기초하여 렘젯 엔진의 초음속 흡입구를 개념 설계하고 보다 넓은 범위의 운영조건에서 안정적인 성능을 내도록 블리딩 유동제어 연구를 수행하였다. 초음속 흡입구의 성능을 개선시키기 위해서는 충격파 안정성, 충격파-경계층 상호작용 및 유동 박리를 적절히 제어할 수 있어야 한다. 비점성 해석을 통해 얻어진 1차 기초설계 형상으로부터 점성을 고려하여 충격파의 강도와 경계층 및 박리의 효과가 반영된 2차 수정설계를 수행하였다. 그 결과 설계조건에서 충격파가 안정화되고 목표 흡입 유량을 만족하는 형상을 얻었다. 흡입구가 탈 설계조건 내에서도 성능이 유지되도록 하기 위해 블리딩을 적용하였다. 질량유량 경계조건을 이용하여 블리딩 효과를 모델링 하였으며 위치와 개수를 조절해가며 성능변화를 관찰하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권5호
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• pp.297-308
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• 2022

극초음속 영역에서 운용되는 대부분의 극초음속 공기흡입(Air-breathing) 비행체들에 스크램제트 엔진이 탑재되고 있다. 스크램제트(Scramjet) 엔진에서는 일반적인 가스터빈 엔진의 압축기 역할을 흡입구에서 발생하는 충격파가 대신 수행하기 때문에 충격파에 의한 전압력 손실이 매우 중요하게 여겨진다. 본 연구에서는 전압력 손실을 최소화하기 위해 등엔트로피 압축면을 적용한 외부 압축형 흡입구의 설계법을 제시하고, 동일한 조건의 Busemann 흡입구와 3개의 cone 각도를 가지는 외부 압축형 흡입구를 설계하였다. 이후 전산해석을 통해 비설계 조건에 대한 성능 특성을 비교하였다. 각 흡입구 형상은 3단 외부 압축형 흡입구의 길이에 맞춰 truncation을 진행하였으며, 경계층 보정을 수행하였다. 등엔트로피 외부 압축형 흡입구는 3단 외부 압축형 흡입구에 비해 설계점에서는 우수한 성능을 보였으나 일부 비설계 조건에서는 3단 외부 압축형보다 성능이 저하되는 현상이 발생하였다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제5회(2016년)
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• pp.604-609
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• 2016

슬롯판을 이용한 경사충격파와 경계층 간섭유동 제어에서, 슬롯판 아래에 있는 공동부의 형상을 바꾸어 가며 제어 성능을 비교하는 수치적 연구가 수행되었다. 공동형상 직사각형 5개, 사다리꼴 3개를 선정하여 shock 뒤에서 경계층 안정성, 전압손실을 기준으로 제어 성능을 평가하였다. 수치해석 결과 모든 형상에 대해 제어하지 않은 상태보다 좋은 성능을 얻었다. 그 중 경계층 안정성 측면에서는 형상 L과 R, 전압손실 감소 측면에서는 형상 M과 A가 효과적임을 확인하였고, 종합적으로 슬롯의 끝 면과 공동의 길이방향 끝 면이 일치하는 형상에서 상대적으로 좋은 결과를 얻음을 확인했다. 또한 슬롯과 공동 내부유동을 분석하면서 경계층 안정성과 전압손실 감소에 영향을 미치는 것은 separation 영역을 얼마 원활히 흡입하는지의 여부임을 알 수 있었고, 상류 슬롯에서 발생하는 shock에 대한 추후 해결 연구도 필요함을 알 수 있었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권1호
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• pp.92-100
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• 2018

난류경계층이 유지되기 위한 에너지 공급은 경계층 내 구조물인 와류들의 상호작용으로 끊임없이 이루어진다. 이러한 난류 유동은 수송분야의 마찰저항 및 해양구조물의 침식 및 진동을 유발하기 때문에 유동 제어를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 제어의 극대화를 위해서는 난류 에너지 전달이 어떻게 이루어지는지에 대한 메카니즘 규명이 필수적이고, 이를 위해서는 층류경계층 내 유동현상으로 파악하는 것이 명확하고 용이하다는 장점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 층류경계층 내 평판에 반구를 설치하여 역압력구배을 발생시킴으로써 교란된 유동현상의 상호작용을 분석하였다. 즉, 반구를 둘러싼 목걸이 와류와 반구 표면의 유동 박리에 의한 후류영역에서 머리핀 와류가 생성되어 상호 유기적으로 영향을 주고받는다. 이 과정에서 목걸이 와류는 후류영역으로 높은 운동량의 유체를 유입시켜 머리핀 와류의 발생 주파수를 증가시킨다. 반구 전방에 구멍을 뚫어 국부적인 흡입제어로 목걸이 와류의 와도를 감소시킴으로써 그 영향이 완화되는 과정을 유동 가시화 및 열선유속계로 측정하여 정성 및 정량적으로 분석하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제21권10호
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• pp.1273-1283
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• 1997

Experiments of shock wave/turbulent boundary layer interaction were conducted by using a supersonic wind tunnel. Nominal Mach number was varied in the range of 1.6 to 3.0 by means of different nozzles. The objective of the present study is to investigate the effects of boundary layer flow bleed on the interaction flow field in a straight tube. Two-dimensional slits were installed on the tube walls to bleed the turbulent boundary layer flows. The bleed flows were measured by an orifice. The ratio of the bleed mass flow to main mass flow was controlled within the range of 11 per cent. The wall pressures were measured by the flush mounted transducers and Schlieren optical observations were made for almost all of the experiments. The results show that the boundary layer flow bleed reduces the multiple shock waves to a strong normal shock wave. For the design Mach number of 1.6, it was found that the normal shock wave at the position of the silt was resulted from the main flow choking due to the suction of the boundary layer flow.

• 한국전산유체공학회지
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• 제2권2호
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• pp.59-72
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• 1997

A numerical model is constructed to simulate the interactions of oblique shock wave / turbulent boundary layer on a strongly heated wall. The heated wall temperature is two times higher than the adiabatic wall temperature and the shock wave is strong enough to induce boundary layer separation. The numerical diffusion in the finite volume method is reduced by the use of a higher order convection scheme(UMIST scheme) which is a TVD version of QUICK scheme. The turbulence model is Chen-Kim two time scale model. The comparison of the wall pressure distribution with the experimental data ensures the validity of this numerical model. The effect of strong wall heating enlarges the separation region upstream and downstream. In order to eliminate the separation, wall suction is applied at the shock foot position. The bleeding slot width is about same as the upstream boundary layer thickness and suction mass flow is 10% of the flow rate in the upstream boundary layer. The final configuration of the shock reflection pattern and the wall pressure distribution approach to the non-viscous value when wall suction is applied.