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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김창완
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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본 연구의 주요 관심대상은 초음속 엔진 및 터보제트 엔진등에 사용되는 가변노즐이다. 가변노즐은 고온, 고압 및 고속의 환경에서 기계시스템이 동적으로 작동한다. 따라서 가변노즐의 설계를 위해는 해석은 연소를 포함한 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics,CFD), 기구의 다물체 동역학 해석(Multi-Body Dynamic, MBD) 부품들에 대한 유한요소(FEM) 해석 등이 필요하다. 이러한 요구되는 해석들에 대한 각각의 해석은 학계 및 산업계에서 오랜 연구가 진행되어 왔다. 그러나 설계시 요구되는 해석들에 대한 통합 해석 또는 다중물리 해석은 아직 제한적인 범위 내에서 수행되고 있는 상태이다. 특히 열·유동 환경 조건을 고려한 가변노즐의 유연 다물체 동역학 해석에는 상당한 어려움이 따른다.
본 연구에서는 공개된 기초 정보 및 논문 등을 바탕으로 F100엔진의 가변노즐을 모델링 하였다. 그리고 모델링된 가변노즐을 바탕으로 유체와 다물체 동역학 연성해석절차 및 해석 기법을 제시하였다. 이를 통해 강체(rigid body)로 구성된 가변노즐에 확대부 플랩(diverging flap)을 강체(rigid body)와 유연체(flexible body)로 각각 구성하여 입구 압력 조건 변화에 따른 확대부 플랩의 구동 특성을 분석 하였다. 그리고 연성해석이 정상상태에 도달했을 때 입구 압력조건별 노즐 확대부 플랩의 각도를 파악하였다. 유연체 모델의 경우 확대부 플랩에 걸리는 응력결과를 확인하여 응력 집중이 발생하는 부분과 안정성을 평가 하였다. 마지막으로 확대부 플랩의 거동 특성에 따른 가변노즐 내부에서 발생하는 충격파와 유동특성을 확인하여 노즐 출구 단면적변화가 추력효율과 관계있음을 확인하였다.
본 연구에서는 공개된 기초 정보 및 논문 등을 바탕으로 F100엔진의 가변노즐을 모델링 하였다. 그리고 모델링된 가변노즐을 바탕으로 유체와 다물체 동역학 연성해석절차 및 해석 기법을 제시하였다. 이를 통해 강체(rigid body)로 구성된 가변노즐에 확대부 플랩(diverging flap)을 강체(rigid body)와 유연체(flexible body)로 각각 구성하여 입구 압력 조건 변화에 따른 확대부 플랩의 구동 특성을 분석 하였다. 그리고 연성해석이 정상상태에 도달했을 때 입구 압력조건별 노즐 확대부 플랩의 각도를 파악하였다. 유연체 모델의 경우 확대부 플랩에 걸리는 응력결과를 확인하여 응력 집중이 발생하는 부분과 안정성을 평가 하였다. 마지막으로 확대부 플랩의 거동 특성에 따른 가변노즐 내부에서 발생하는 충격파와 유동특성을 확인하여 노즐 출구 단면적변화가 추력효율과 관계있음을 확인하였다.
목차
Chapter 1 Introduction 11.1. Background 11.2. Trend of research 21.3. Contents of research 4Chapter 2 Governing equation and numerical analysis method 72.1. Equation of motion 82.1.1. Equation of motion in computational fluid dynamics 82.1.2. Equation of motion in rigid multibody dynamics 102.1.3. Equation of motion in flexible multibody dynamics 122.2. Numerical analysis method 132.2.1. Numerical analysis method in computational fluid dynamics 132.2.2. Numerical analysis method in multibody dynamics 17Chapter 3 Computational fluid-Multibody dynamics Interaction analysis 183.1. Fluid-Multibody dynamics Interaction method 18Chapter 4 Selection of analysis model of variable area nozzle 214.1. Specification of jet engine 214.2. 3D Shape model of variable model 22Chapter 5 Numerical analysis on Driving characteristics of Variable area nozzle 255.1. Variable area nozzle model for computational fluid dynamics 255.2. Variable area nozzle model for multibody dynamics 265.3. Boundary condition of computational fluid dynamics and multibody dynamics analysis 305.3.1. Boundary condition for analysis of computational fluid dynamics variable area nozzle 315.3.2. Boundary condition for analysis of multibody dynamics variable nozzle 325.4. Results of numerical analysis of variable area nozzles with computational fluid dynamics 335.4.1. Result of interaction analysis of fluid-rigid multibody dynamics 335.4.2. Result of interaction analysis of fluid-flexible multibody dynamics 375.4.3. Result comparison of interaction analysis of rigid-flexible multibody dynamics 415.5. Results of numerical analysis of multibody dynamics variable area nozzle 495.5.1. Results of interaction analysis of fluid-rigid multibody dynamics 495.5.2. Results of interaction analysis of fluid-flexible multibody dynamics 51Chapter 6 Conclusion 54Reference 55Abstract (in Korean) 57
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