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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 裵在成
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수16
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 연구에서는 발사체의 비행 중 발생할 수 있는 불안정한 현상을 예측하기 위해 크
게 두 가지 방법으로 공탄성 해석을 수행하였다.
먼저, 선형 공탄성 방정식을 수립하기 위해 구조 모델은 공통적으로 레일리-리츠 방
법을 사용하여 1차원 빔으로 발사체를 모델링하였다. 그리고 이는 상용 프로그램
NASTRAN을 통해 검증되었다.
다음으로, 첫 번째 공탄성 해석 기법으로 준정상 단면 하중 방법(quasi-steady
method of section load)을 사용하였다. Max Munk와 Tsien의 이론을 사용하여 각각의
정상 공기력을 계산하였고, 이를 타 연구자의 풍동 실험 결과와 CFD 정상 해석을 수행
해 비교검증 하였다. 미소 받음각에 대하여, 수직 방향의 마하수가 매우 작아 음속보다
작다는 가정에서 시작한 Max Munk의 이론과는 달리 마하수가 고려된 Tsien의 이론
공기력이 단면 변화에 따른 정상 강체 공기력을 더 정확하게 모사하였다. 준정상 근사
(quasi-steady approximation) 방법으로 준정상 공기력을 계산하여 각 발사체 모델에
대해 근궤적법을 사용하여 공탄성 해석을 수행하였다. 임의로 선정한 질량, 강성 분포
를 가지는 두 모델에 대해 매우 높은 동압에서 다이버전스가 발생하는 것을 확인하였
고, 이는 발사체의 최대 동압보다 매우 높기 때문에 사실상 운용 범위에서 다이버전스
는 발생하지 않았다.
두 번째 공탄성 해석으로, 공력의 비정상성이 포함되도록 받음각과 마하수에 따른
특정 유동 조건에서 CFD 해석을 통해 공기력을 계산하고 이를 선형 구조 방정식에 적
용하여 변위 응답을 확인하였다. 이 때 CFD 해석은 박리 유동과 이로부터의 압력 섭동
을 정확하게 포착하고자 KFLOW의 DDES 모델을 사용하여 해석하였으며, 최대 동압
발생 구간에서의 응답을 확인하였다. 우선적으로 버펫 불안정 현상을 야기할 수 있는
발사체 주위의 압력 섭동이 어떠한 특성을 가지고 있는지 매 시간 간격에서의 압력을
fft 하여 주파수 영역에서 확인하였다. 전반적으로 아주 느리게 진동하는 저주파 신호
가 존재하였으며, 충격파와 경계층의 상호작용(shock wave boundary layer
interaction)으로 압력 섭동 피크가 발생한 부근에서 고주파수 성분들이 존재하는 것을
확인하였다. 이러한 압력 섭동이 고려된 비정상 공기력을 가지고 응답을 확인한 결과,
해머헤드형 발사체와 한국형 발사체 모두 변위의 최대 변형의 크기가 매우 작은 단위
로 움직임이 거의 없는 것으로 해석되었다. 시간 평균된 비정상 공기력의 최댓값으로
NASTRAN 프로그램을 사용하여 정적 해석한 결과 마찬가지로 매우 작은 변형이 발
생했다. 총 무게 200t에 달하는 발사체에 공기력은 무게의 1%보다도 작은 힘이 주어진
원인을 들 수 있다. 본 연구에서 제시한 임의의 두 발사체 모델에 대하여 강체 모델에
서의 비정상 공기력은 발사체의 수직 변형에 커다란 영향을 주지 않음을 확인하였다.
게 두 가지 방법으로 공탄성 해석을 수행하였다.
먼저, 선형 공탄성 방정식을 수립하기 위해 구조 모델은 공통적으로 레일리-리츠 방
법을 사용하여 1차원 빔으로 발사체를 모델링하였다. 그리고 이는 상용 프로그램
NASTRAN을 통해 검증되었다.
다음으로, 첫 번째 공탄성 해석 기법으로 준정상 단면 하중 방법(quasi-steady
method of section load)을 사용하였다. Max Munk와 Tsien의 이론을 사용하여 각각의
정상 공기력을 계산하였고, 이를 타 연구자의 풍동 실험 결과와 CFD 정상 해석을 수행
해 비교검증 하였다. 미소 받음각에 대하여, 수직 방향의 마하수가 매우 작아 음속보다
작다는 가정에서 시작한 Max Munk의 이론과는 달리 마하수가 고려된 Tsien의 이론
공기력이 단면 변화에 따른 정상 강체 공기력을 더 정확하게 모사하였다. 준정상 근사
(quasi-steady approximation) 방법으로 준정상 공기력을 계산하여 각 발사체 모델에
대해 근궤적법을 사용하여 공탄성 해석을 수행하였다. 임의로 선정한 질량, 강성 분포
를 가지는 두 모델에 대해 매우 높은 동압에서 다이버전스가 발생하는 것을 확인하였
고, 이는 발사체의 최대 동압보다 매우 높기 때문에 사실상 운용 범위에서 다이버전스
는 발생하지 않았다.
두 번째 공탄성 해석으로, 공력의 비정상성이 포함되도록 받음각과 마하수에 따른
특정 유동 조건에서 CFD 해석을 통해 공기력을 계산하고 이를 선형 구조 방정식에 적
용하여 변위 응답을 확인하였다. 이 때 CFD 해석은 박리 유동과 이로부터의 압력 섭동
을 정확하게 포착하고자 KFLOW의 DDES 모델을 사용하여 해석하였으며, 최대 동압
발생 구간에서의 응답을 확인하였다. 우선적으로 버펫 불안정 현상을 야기할 수 있는
발사체 주위의 압력 섭동이 어떠한 특성을 가지고 있는지 매 시간 간격에서의 압력을
fft 하여 주파수 영역에서 확인하였다. 전반적으로 아주 느리게 진동하는 저주파 신호
가 존재하였으며, 충격파와 경계층의 상호작용(shock wave boundary layer
interaction)으로 압력 섭동 피크가 발생한 부근에서 고주파수 성분들이 존재하는 것을
확인하였다. 이러한 압력 섭동이 고려된 비정상 공기력을 가지고 응답을 확인한 결과,
해머헤드형 발사체와 한국형 발사체 모두 변위의 최대 변형의 크기가 매우 작은 단위
로 움직임이 거의 없는 것으로 해석되었다. 시간 평균된 비정상 공기력의 최댓값으로
NASTRAN 프로그램을 사용하여 정적 해석한 결과 마찬가지로 매우 작은 변형이 발
생했다. 총 무게 200t에 달하는 발사체에 공기력은 무게의 1%보다도 작은 힘이 주어진
원인을 들 수 있다. 본 연구에서 제시한 임의의 두 발사체 모델에 대하여 강체 모델에
서의 비정상 공기력은 발사체의 수직 변형에 커다란 영향을 주지 않음을 확인하였다.
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