Two-dimensional blow-down type supersonic wind tunnel was designed and built to investigate the transient behavior of the startup of a supersonic flow from rest. The contour of the divergent part of the nozzle was determined by the MOC calculation. The converging part of the nozzle, upstream of fille throat was contoured to make the flow uniform at the throat. The flow characteristics of the steady supersonic condition were visualized using the high-speed schlieren photography. The Mach number was evaluated from the oblique shock wave angle on a sharp wedge with halt angle of 5 degree. The measured Mach number was 2.4 and was slightly less than the value predicted by the design calculation. The initial transient behavior of the nozzle was recorded by a high-speed digital video camera with schlieren technique. The measured transition time from standstill to a steady supersonic flow was estimated by analyzing the serial images. Typical transition time was approximately 0.1sec.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.324-330
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2012
Dual bell nozzle is one of the most promising choices among the altitude adaptation nozzles. This facilitates having a forced, steady and symmetrical separation at lower altitudes and a controlled flow separation at the wall inflection point which prevents the generation of dangerous side loads. In order to ensure the attached flow in the second bell, a clear understanding of the flow transition is required. Hence the motivation of our study is to arrive at an optimum profile for the second bell, which allows a sudden and controlled transition. In this work, we designed the first bell using the conventional MoC and the second bell using an inverse MoC, imposing a pressure gradient constraint. A CFD analysis is also carried out. It is found that the separation point is near the inflection point within one fourth of the extension length or it is near the exit.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.4
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pp.387-397
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2013
An assessment of two-equation turbulence models, the low Reynolds k-${\varepsilon}$ and k-${\omega}$ SST models, with the compressibility corrections proposed by Sarkar and Wilcox, has been performed. The compressibility models are evaluated by investigating transonic or supersonic flows, including the arc-bump, transonic diffuser, supersonic jet impingement, and unsteady supersonic diffuser. A unified implicit finite volume scheme, consisting of mass, momentum, and energy conservation equations, is used, and the results are compared with experimental data. The model accuracy is found to depend strongly on the flow separation behavior. An MPI (Message Passing Interface) parallel computing scheme is implemented.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.5
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pp.367-375
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2017
RANS computational analysis was performed on the head of the launch vehicle including the hammerhead nose pairing in the supersonic regime. The two-dimensional axisymmetric analysis was performed by using laminar, fully turbulent and transition models and compared with the experimental data. It was observed that different flow phenomena occurred depending on the Reynolds number. Under the high Reynolds number condition, the boundary layer becomes turbulent, which is not separated from the surface of the launch vehicle. With the low Reynolds number condition, laminar separation bubble was produced due to the separation and reattachment of the boundary layer on the expansion-compression edge of the hammerhead type nose fairing. The three-dimensional computations with the angle of attack showed a fully detached vortical structure due to the laminar separation bubble. It is proved that the turbulent transition should be considered to predict the separation bubble with the Reynolds number.
Several previous works on rocket nozzle flows have revealed the existence of the transition from FSS to RSS and the occurrence of asymmetric flow associated with the boundary layer separation, which can cause excessive side-loads of the propulsion system. Thus, it is of practical importance to investigate the asymmetric flow behaviors of the propulsion nozzle and to develop its control method. In the present study, the asymmetric flow control method using a cavity system was applied to supersonic nozzle flow. Time-dependent asymmetric flow was experimentally investigated with the rate of change of the nozzle pressure ratio. The results obtained showed that the cavity system installed on nozzle wall would be helpful in fixing the unsteady motions of the boundary layer separation, consequently reducing the possibility of the occurrence of the asymmetric flow.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.4
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pp.43-48
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2013
A study is analyzed on the adverse pressure gradient and the transient regime of supersonic diffuser with Computational Fluid Dynamic. The flow field of supersonic diffuser is calculated using Axisymmetric two-dimensional Navier-Stokes equation with $k-{\epsilon}$ turbulence model. The transient simulation is compared in terms of mach number and static temperature of vacuum chamber according to pressure variation of rocket engine combustion chamber. Combustion gas flow into the vacuum chamber during operation of the supersonic diffuser. According to this phenomenon, the pressure and the temperature rise in the vacuum chamber were observed. Thus, the protection system will be necessary to prevent the pressure and temperature rise in the transition process during operation of the subsonic diffuser.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.10
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pp.1231-1237
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2004
Determination of geometric design parameters of a second-throat type annual supersonic ejector is described. Tested geometric parameters were primary nozzle area ratio, cross-sectional area of second-throat, L/D ratio of second-throat and primary flow injection angle. Varying these four geometric parameters, we build a test matrix made of 81 test conditions, and experimental apparatus was fabricated to accommodate them. For each test condition, the stagnation pressure of primary flow and the static pressure of the secondary flow were measured simultaneously along with their transition to steady operation and finally to unstarting condition. Comparing the performance curve of every case focused on starting pressure, the unstarting pressure and the minimum secondary pressure, we could derive correlations that the parameters have on the performance of the ejector and presented the optimal design method of the ejector. Additional experiments were carried out to find effects of temperature and mass flow rate of the secondary flow.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.11a
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pp.318-322
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2009
Supersonic ejectors are simple mechanical components, which generally perform mixing and/or recompression of two fluid streams. Ejectors have found many applications in engineering. In aerospace engineering, they are used for altitude testing of a propulsion system by reducing the pressure of a test chamber. It is composed of three major sections: a vacuum test chamber, a propulsive nozzle, and a supersonic exhaust diffuser. This paper aims at the improvement of ejector-diffuser performance by focusing attention on reducing exhaust back flow into the test chamber, since alteration of the backflow or recirculation pattern appears as one of the potential means of significantly improving low supersonic ejector-diffuser performance. The simplest backflow-reduction device was an orifice plate at the duct inlet, which would pass the jet and entrained fluid but impede the movement of fluid upstream along the wall. Results clearly showed that the performance of ejector-diffuser system was improved for certain a range of system pressure ratios, where as there was no appreciable transition in the performance for lower pressure ratios and the orifice plate was detrimental to the ejector performance for higher pressure ratios. It is found that an appropriately sized orifice system should produce considerable improvement in the ejector-diffuser performance in the intended range of pressure ratios.
The complex, unsteady, self-sustained pressure oscillations induced by supersonic flow past a rectangular cavity is investigated using numerical simulations. The present numerical study is performed using a parallel, multiblock solver for the two-dimensional, compressible NavierStokes equations. Open cavities with length-to-depth (L / D) ratio in the range 0.5 - 3.3 are considered. This paper sheds light on the cavity physics, cavity oscillatory mechanism, and the organisation of vortical structures inside the cavity. The vortex shedding phenomenon, the shear layer impingement event at the aft wall and the movement of the acoustic/compression wave within the cavity are well predicted. The vortical structures· and the source of the acoustic disturbances are found to be located near the aft wall of the cavity. With the increase in the cavity length, strong recompression of the flow near the aft wall leading to a sudden jump in the cavity form drag is observed. The estimated cavity tones are in good agreement with the available semiempirical relation. Multiple peaks are noticed in deep and long cavities. For the present freestream Mach number 1.71, it is observed that around L/D=2.0, the cavity oscillatory mechanism changes from the transverse to longitudinal oscillatory mode. The effects of this transition on various fluid dynamics and acoustic properties are also discussed.
Lee, Hyuk;Kim, Young Ju;Byun, Yung Hwan;Park, Soo Hyung
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.6
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pp.477-483
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2016
Velocity profiles of laminar, transition and turbulent boundary layers were investigated by using Particle Image Velocimetry(PIV) measurements on the flat plate at Mach 2.96. The Schlieren visualization and PIV measurements are also used to confirm whether the oblique shock wave generated from the leading edge affects the flow field over the flat plate. The laminar velocity profile measured from the experiment was well matched with the compressible Blasius solution. The velocity profile of the transition boundary layer was well correlated with the theoretical turbulent velocity profile from near the wall and the transition began from Re = $1.41{\times}106$. For the turbulent boundary layer, considering compressibility effects, the Van Driest-transformed velocity satisfies the incompressible log-law. It is found that the log region is extended farther in the wall-normal direction compared to the log region in incompressible boundary layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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