• Advances in aircraft and spacecraft science
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• 제7권3호
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• pp.229-249
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• 2020

This paper is the logical follow-up of four papers by the author on the subject "aerodynamics in Mars atmosphere". The aim of the papers was to evaluate the influence of two Mars atmosphere models (NASA Glenn and GRAM-2001) on aerodynamics of a capsule (Pathfinder) entering the Mars atmosphere and also to verify the feasibility of evaluating experimentally the ambient density and the ambient pressure by means of the methods by McLaughlin and Cassanto respectively, therefore to correct the values provided by the models. The study was carried out computationally by means of: i) a code integrating the equations of dynamics of an entry capsule for the computation of the trajectories, ii) two Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) codes for the solution of the 2-D, axial-symmetric and 3-D flow fields around the capsule in the altitude interval 50-100 km. The computations verified that the entry trajectories of Pathfinder from the two models, in terms of the Mach, Reynolds and Knudsen numbers, were very different. The aim of the present paper is to continue this study, considering other aerodynamic problems and then to provide a contribution to a long series of papers on the subject "aerodynamics in Mars atmosphere". More specifically, the present paper evaluated and quantified the effects from the two models of: i) chemical reactions on aerodynamic quantities in the shock layer, ii) surface temperature, therefore of the contribution of the re-emitted molecules, on local (pressure, skin friction, etc.) and on global (drag) quantities, iii) surface recombination reactions (catalyticity) on heat flux. The results verified that the models heavily influence the flow field (as per the shock wave structure) but, apart from the surface recombination reactions, the effects of the different conditions on aerodynamics of the capsule are negligible for both models and confirmed what already found in the previous paper that, because of the higher values of density from the NASA Glenn model, the effects on aerodynamics of a entry capsule are stronger than those computed by the GRAM-2001 model.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 유체기계공업학회 2006년 제4회 한국유체공학학술대회 논문집
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• pp.493-496
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• 2006

Rarefied gas flows through two-dimensional micro channels are studied numerically for the performance optimization of a nanomembrane-based Knudsen compressor. The effects of the wall temperature distributions on the thermal transpiration flow patterns are examined. The flow has a pumping effect, and the mass flow rates through the channel are calculated. The results show that a steady one-way flow is induced for a wide range of the Knudsen number. The DSMC(direct simulation Monte Carlo) method with VHS(variable hard sphere) model and NTC(no time counter) techniques has been applied in this work to obtain numerical solutions.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제19권2호
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• pp.664-673
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• 2005

The heat transfer characteristics of rarefied flows in a micro-actuator are studied numerically. The effect of Knudsen number (Kn) on the heat transfer of the micro-actuator flows is also examined. The Kn based on gas density and characteristic dimension is varied from near-continuum to highly rarefied conditions. Direct simulation Monte Carlo calculations have been performed to estimate the performance of the micro-actuator. The results show that the magnitude of the temperature jump at the wall increases with Kn. Also, the heat transfer to the isothermal wall is found to increase significantly with Kn.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제10권5호
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• pp.27-33
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• 2007

Rarefied gas flows through two-dimensional micro channels are studied numerically for the performance optimization of a nanomembrane-based Knudsen compressor. The effects of the wall temperature distributions on the thermal transpiration flow patterns are examined. The flow has a pumping effect, and the mass flow rates through the channel are calculated. The results show that a steady one-way flow is induced for a wide range of the Knudsen number. The DSMC(direct simulation Monte Carlo) method with VHS(variable hard sphere) model and NTC(no time counter) techniques has been applied in this work to obtain numerical solutions. A critical element that drives Knudsen compressor Is the thermal transpiration membrane. The membranes are based on aerosol or machined aerogel. The aerogel is modeled as a single micro flow channel.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2004년도 제22회 춘계학술대회논문집
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• pp.245-250
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• 2004

The discharge current oscillation has been measured for various hollow anode widths and its axial positions using a 1㎾-class anode layer hall thruster. As a result, there were thresholds of magnetic flux density for stable discharge. The plasma structure inside the hollow anode was numerically analyzed using the fully kinetic 2D3V Particle-in-Cell (PIC) and Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) methods. The results reproduced both stable and unstable operation modes. In the stable operation case, which corresponds to the case with low magnetic flux, the plasma penetrated into the hollow anode deeper than the case with higher magnetic flux density case. This suggests that comparably large substantial anode area should contribute to stable operation.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권3호
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• pp.1-9
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• 2005

본 논문에서는 직접모사법을 이용하여 고 고도 희박 영역에서 로켓의 자세 제어에 필수적인 측면 제트 분사와 그에 따른 자유 흐름 유동과 측면 제트의 상호 작용에 대한 연구를 수행하였다. 밀도 차가 큰 자유 흐름 유동과 제트 유동을 동시에 모사하기 위해 입자 가중치 기법을 사용하였다. 두 수직한 평판 사이의 유동 및 측면 제트 분사에 의한 상호 작용 해석을 수행하였고 그 결과를 실험치와 비교하여 프로그램을 검증하였다. 좀 더 실제적인 로켓 모델로 blunted cone cylinder 형상에 대하여 받음각을 변화시켜가며 자유 흐름 유동과 측면 제트의 상호 작용에 대한 연구를 수행하였다. 표면 압력 차이의 분포를 기준으로 람다(lambda) 충격파와 후류의 영향을 토의하였다. 받음각이 있는 유동의 경우 leeward 방향으로는 제트와 자유 흐름 유동의 상호 작용이 약해지며, windward 방향으로는 상호 작용이 매우 강해지는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제22권5호
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• pp.640-650
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• 1998

Pumping performances of a helical molecular drag dump(MDP) and of a radial MDPs are numerically analyzed by using the direct simulation Monte Carlo (DSMC) method. A helical- and radial-MDP have rotating pumping channels cut on a cylinder and on a disk, respectively. For a helical MDP, the present results agree quantitatively with the previously known numerical results. For radial MDPs, both of the Type 1 (having pumping channels cut on the stationary disk) and of the Type 2 (having pumping channels cut on the rotating disk) are analyzed to predict their performances for various parameters, i.e., the radius of curvature center of the channel wall, the depth of the channel, the clearance between housing and disk, and the rotating speed. The results show that the performance of the Type 2 is superior to that of the Type 1, and that for all types the pumping efficiency decreases as the clearance increases. Also, the radial type MDP has larger leakage losses in the direction of pumping channel than does the helical one.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권10호
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• pp.947-954
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• 2009

본 연구에서는 다화학종 희박유동의 해석을 위해, GH(Generalized Hydrodynamic) 방정식을 기반으로 한 축대칭 유동 해석이 가능한 다화학종 GH 수치해석 기법을 전산유체역학 수치해석자로서 개발하였다. 최초로 구현된 다화학종 GH 수치기법은 축대칭 형상의 물체 주위의 극초음속 희박유동을 대상으로 하여, DSMC(Direct Simulation Monte Carlo) 및 N-S(Navier-Stokes) 방정식의 결과와의 비교를 통해 정확도를 검증하고자 하였다. GH 해석자의 정확도 향상을 위해 고체 벽면에서의 여러 가지 slip-wall 경계조건을 적용하고 각각의 결과를 비교하였다. 또한, 높은 Knudsen 수의 1차원 수직 충격파 구조 문제를 통해 GH 방정식의 엔트로피 특성 및 정확성을 고찰하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권9호
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• pp.766-774
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• 2017

달착륙선 하강엔진에서 사출된 배기가스가 월면과 충돌할 때 배기가스와 월면과의 상호작용으로 인해 월면에 분포되어 있는 표토가 분산된다. 이때, 분산된 표토입자가 착륙선과 충돌할 경우 성능 저하 등과 같은 역효과를 야기할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 달착륙 엔진의 배기가스 거동을 전산유체해석을 통해 예측하고자 하였다. 하강엔진의 노즐내부 영역은 Navier-Stokes 방정식 기반의 연속체 유동 모델을 이용하여 해석하였으며, 노즐 외부 배기가스 거동은 연속체 유동 모델과 직접모사법(DSMC)을 적용하여 해석한 결과를 각각 비교 및 분석하였다. 이를 통해 진공환경에서 달착륙선 하강엔진에 대한 최적의 배기가스 해석 절차를 수립할 수 있었으며, 차후 한국형 달착륙선 개발에 충분히 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권4호
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• pp.300-309
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• 2017

우주비행체는 우주공간에서 소형 추력기를 통해 연소가스를 노즐 외부로 배출시킴으로써 궤도보정 및 자세제어에 필요한 반작용 모멘텀을 발생시킨다. 이때 배출된 배기가스가 우주비행체의 표면과 충돌하면서 발생된 교란 힘 및 교란토크, 열 부하, 표면 오염 등은 우주비행체의 수명 단축 및 기능저하를 유발시킬 수 있으므로 추력기 배기가스 거동에 관한 예측은 우주비행체 설계시 매우 중요한 절차라고 할 수 있다. 본 연구에서는 우주비행체의 자세제어용 추력기로 사용되는 10 N급 이원추진제 추력기의 배기가스 거동을 수치적으로 해석함으로써 우주비행체 설계에 필요한 핵심기술을 확보하는 것이 목적이다. 이를 위해 모노메틸하이드라진(MMH) 연료와 사산화이질소(NTO) 산화제의 화학평형반응과 추력기 노즐 내부 연속체 영역 계산을 수행한 후 배기가스 해석을 위한 직접모사법(DSMC)의 유입조건으로 적용하였다. 해석 결과, 이원추진제 추력기 노즐 부근에서 배기가스의 화학종 박리와 같은 비평형 팽창과 후방유동의 특성들을 예측할 수 있었다.