초음속 흡입구 블리드 출구 설계를 위한 전산유체해석 연구 :Study on the Numerical Investigation for Supersonic Inlet Bleed Exit Design

김보환

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김보환 (세종대학교, 세종대학교 대학원)

지도교수: 이경태

발행연도: 2018

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이용수10

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2018

초음속 흡입구 블리드 출구 유동특성 연구

김보환 , 이경태 , 김해동 외 1명 한국추진공학회 학술대회논문집 2018.05 학술대회자료

초음속 흡입구 블리드 출구 설계를 위한 전산유체해석 연구

김보환 항공우주공학과 2018.01 학위논문

2017

초음속 흡입구 블리드 홀 기하 형상에 따른 유동 특성 연구

김보환 , 이경태 , 김해동 외 1명 한국전산유체공학회 학술대회논문집 2017.11 학술대회자료

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초음속 항공기 흡입구는 충격파를 이용하여 엔진으로 공급되는 공기를 감속시키는 역할을 한다. 충격파와 흡입구 경사면에서 발생한 난류 경계층은 상호작용하여 유동 박리, 경계층 프로파일 왜곡, 버즈 등의 현상을 유발한다. 이러한 유동 불안정성을 제거하기 위한 방법으로 초음속 흡입구 내에는 경계층 제어장치인 블리드 시스템이 설치된다.
본 연구에서는 블리드 시스템의 구성요소인 루버 형상의 블리드 출구 설계를 위해 전산유체해석을 수행하였다. 선행연구가 수행되지 않은 블리드 출구 유동특성을 확인하기 앞서, 본 연구에서 사용할 SST 난류모델과 ANSYS Fluent v18.0 solver의 수치해석 결과에 대한 타당성을 우선 검증하였다. 초음속 비행조건에서 배출되는 블리드 유동에 대한 유동특성을 분석하기 위해 루버의 기하학적 형상을 설계변수로 하여 plenum chamber의 압력에 따른 블리드 출구에서의 물성치 변화를 비교하였다. 30° 평판 루버를 기준형상으로 하여 베인의 각도(30°, 15°)와 개수(12, 9, 6, 3 ea)에 따른 영향을 확인하였다. 또한, 블리드 출구 주변에서 발생하는 충격파와 팽창파 등의 복잡한 유동패턴을 관찰하였다. 전산유체해석으로부터 얻은 정성적인 데이터베이스 경향과 유동패턴은 향후 블리드 출구 및 초음속 항공기 배기구 설계에서 반드시 필요한 기초자료로 활용될 것으로 사료된다.

#초음속 흡입구 #블리드 출구 #전산유체역학 #루버 #베인 #유량비 #블리드 항력

제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.1.1 충격파/경계층 상호작용(Shock-Wave/Boundary-Layer Interaction) 3
1.1.2 경계층 제어장치 5
1.2 초음속 흡입구 블리드 시스템이란 7
1.2.1 블리드 시스템 특징 7
1.2.2 유량비(Sonic Flow Coefficient) 9
1.2.3 블리드 항력(Bleed Drag) 12
1.2.4 블리드 시스템 설계 절차 13
1.2.5 블리드 시스템 연구사례 15
1.3 연구목적 및 연구방법 20
1.3.1 연구목적 20
1.3.2 연구방법 20
제 2 장 전산유체해석 기법 23
2.1 지배방정식(Governing Equation) 23
2.1.1 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식 23
2.2 난류 모델 (SST Model) 26
제 3 장 수치해석 프로그램 검증 29
3.1 블리드 홀 전처리 과정 30
3.2 전산유체해석 Solver 설정 32
3.3 블리드 홀 해석결과 33
제 4 장 블리드 출구 유동해석 35
4.1 블리드 출구 형상 설계 : 모델링 35
4.2 격자 생성, 경계조건 및 Solver 설정 39
4.2.1 격자 생성 39
4.2.2 경계조건 및 Solver 설정 41
4.3 전산유체해석 결과 43
4.3.1 루버 형상에 따른 전산유체해석 결과 비교 43
4.3.2 유동패턴 분석 45
4.3.3 베인 개수에 따른 전산유체해석 결과 비교 53
제 5 장 결 론 56
참 고 문 헌 58
ABSTRACT 61

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