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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김정호
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수48
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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극초음속 비행체는 비행 임무 경로에 걸쳐 비행체 구조물과 공기 흐름 사이의 마찰에 의한 공력 가열 현상에 영향을 받게 되며, 그로 인하여 비행체로 막대한 양의 열유량이 유입된다. 그로 인하여 비행체에는 열응력이 발생하고 구조물 온도가 상승함에 따라 구조물 강성이 저하될 수 있다. 따라서 극초음속 비행체의 초기 설계에는 이러한 공력 가열 현상에 의한 효과를 반드시 고려하여야 한다.
본 연구에서는 극초음속 비행체 주위의 유동장 물성치를 크리깅 기법을 이용해 구성한 공력 축약 모델을 통해 계산하여 공력-열 연계 해석을 수행하였다. 극초음속 비행체의 비행 임무 경로의 변수인 마하수, 받음각, 고도의 변화를 반영할 수 있도록 비행 조건을 샘플링하고 크리깅 기법을 적용하여 공력 축약 모델을 구성하였으며, 이를 3차원 오일러 전산 유체 해석 결과와 비교하여 축약 모델의 정확성을 검증하였다.
비행체 구조물과 경계층 유동 사이의 공력 가열을 모델링하기 위하여 에커트 기준 온도 기법을 적용하였으며, 이를 상용 해석 소프트웨어의 사용자 서브루틴에 구현된 열 하중 요소를 통하여 공력-열 연계 열전달 해석을 수행하였다.
또한 비행 경로에 따른 열구조 해석을 위하여 자유 경계 조건 적용 방법을 고안하여 비행체의 힘, 모멘트 평형을 유지한 경로 의존적 열구조 해석을 수행한다.
공력-열 연계 열전달 해석과 비행 경로를 고려한 열구조 해석 결과를 통하여 극초음속 비행체의 응력 해석에는 압력 하중보다 열 하중이 지배적인 영향을 끼친다는 것을 확인하였다. 또한 비행체 노즈부 혹은 조종면 같은 이종 재료 접합 구조물과 엔진 체결부의 경우 높은 온도 분포에 의한 열변형 차이에 의하여 높은 응력과 소성 변형이 발생할 우려가 있어 이를 저감할 수 있는 구조 설계가 고려되어야 한다.
본 연구에서는 극초음속 비행체 주위의 유동장 물성치를 크리깅 기법을 이용해 구성한 공력 축약 모델을 통해 계산하여 공력-열 연계 해석을 수행하였다. 극초음속 비행체의 비행 임무 경로의 변수인 마하수, 받음각, 고도의 변화를 반영할 수 있도록 비행 조건을 샘플링하고 크리깅 기법을 적용하여 공력 축약 모델을 구성하였으며, 이를 3차원 오일러 전산 유체 해석 결과와 비교하여 축약 모델의 정확성을 검증하였다.
비행체 구조물과 경계층 유동 사이의 공력 가열을 모델링하기 위하여 에커트 기준 온도 기법을 적용하였으며, 이를 상용 해석 소프트웨어의 사용자 서브루틴에 구현된 열 하중 요소를 통하여 공력-열 연계 열전달 해석을 수행하였다.
또한 비행 경로에 따른 열구조 해석을 위하여 자유 경계 조건 적용 방법을 고안하여 비행체의 힘, 모멘트 평형을 유지한 경로 의존적 열구조 해석을 수행한다.
공력-열 연계 열전달 해석과 비행 경로를 고려한 열구조 해석 결과를 통하여 극초음속 비행체의 응력 해석에는 압력 하중보다 열 하중이 지배적인 영향을 끼친다는 것을 확인하였다. 또한 비행체 노즈부 혹은 조종면 같은 이종 재료 접합 구조물과 엔진 체결부의 경우 높은 온도 분포에 의한 열변형 차이에 의하여 높은 응력과 소성 변형이 발생할 우려가 있어 이를 저감할 수 있는 구조 설계가 고려되어야 한다.
목차
제 1 장.서론 1제 2 장.관련이론 32.1 공력 가열(Aerodynamic Heating) 32.1.1 에커트 기준 온도 기법(Eckert Reference Temperature Method) 52.2 근사적 해석 기법을 통한 공력-열 환경 해석 82.2.1 방사 기저 함수 보간 (Radial Basis Function Interpolation) 92.2.2 유선 모델링(Streamline Modeling) 112.2.3 Modified Newtonian Flow 132.2.4 Oblique shock 142.2.5 Tangent-Cone Empirical Method 192.2.6 Prandtl-Meyer Expansion 222.2.7 Shock-Expansion 252.2.8 Second-Order Shock Expansion Method 252.3 공력 축약 모델 (Reduced Order Aerodynamic Model) 272.3.1 크리깅 기법 (Kriging Method) 272.3.2 3차원 오일러 전산 유체 해석 29제 3 장. 연구 내용 333.1 유동 해석 방법론 연구 333.1.1 근사적 해석 기법을 이용한 유동 해석 정확성 검토 333.1.2 전산 유체 해석을 이용한 유동 해석 383.2 공력 축약 모델 구성 및 검증 423.2.1 공력 축약 모델(ROAM) 구성 423.2.2 비실측점 예측을 통한 공력 축약 모델 검증 443.3 공력-열 연계 열전달 해석 473.3.1 유한 요소 모델링 473.3.2 공력 열 하중 요소 503.4 경로 의존적 열구조 해석 523.4.1 비행 경로를 고려한 자유 경계 조건 523.4.2 경로 의존적 열구조 해석 563.5 해석 결과 및 비교 563.5.1 공력-열 연계 열전달 해석 결과 563.5.2 경로 의존적 열구조 해석 결과 62제 4 장. 결론 68참고문헌 70
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