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서울대학교 극초음속연구실 로고

Hypersonic & Rarefied Flow Lab.

스크램제트 비행체의 초음속 흡입구 유동해석 Home > 연구주제 > 스크램제트 비행체의 초음속 흡입구 유동해석

 1990 년대까지의 대부분의 스크램제트 엔진 흡입구 관련 연구는 직사각형 형태를 중심으로 지상 풍동 시험을 통해 수행되어 왔으나 최근 들어서는 컴퓨터 성능 향상에 따라 전산 유체 역학 분야에서 다양한 형태의 흡입구 연구가 수행되고 있다. 본 연구실에서는 전산 유체 역학을 이용한 스크램제트 흡입구의 성능해석 및 최적 설계를 수행하고 있으며 초음속 흡입구의 경우 다음과 같은 설계 이슈를 가지고 있다.
다양한 미션을 고려하는 흡입구 설계
스크램제트 비행체는 미션에 따라 가속과 감속, 피치, 요, 롤 운동 등을 하기 때문에 흡입구에서 들어오는 유입류 조건이 매우 다양하게 주어진다. 그러므로 본 연구실에서는 비행체의 순항(cruise)조건은 물론 다양한 비행조건하에서의 성능평가를 추가로 수행하여 그 유동 특성을 파악하고 있다.

고온 현상
스크램제트 엔진 흡입구 내에서는 충격파/충격파 간섭 현상으로 코너 충격파가 형성되고, 경계층에 입사한 충격파는 경계층 내의 대규모 박리 현상을 발생시킨다. 이때 박리영역의 유동 재 부착점 부근에서는 열전달양이 급격히 증가하고 국소적으로 벽면의 온도가 3000K이상 올라가게 된다(Mach 7~8). 장시간 이러한 온도를 견디어 내는 구조물이 현재는 없기 때문에 그 부근에서는 지구 재돌입체에 적용되는 ablator나 SiC등과 같은 열차폐구조물의 보강이 필요하게 된다. 이러한 이유로 열전달 현상이 어느 지점에서, 어느 정도 심각하게 일어날지를 정확히 예측해야 한다. 뿐만 아니라 연소기 입구에서의 유동 조건이나 전압력 손실 등을 정확히 예측해야만 기존의 연소 관련 연구 결과가 의미를 가진다는 측면에서도 정확한 해석이 요구된다.

형상 최적화
본 연구실에서는 정해진 형상(직사각형 흡입구, 부스만 흡입구, Jaws형 흡입구 등)에 대한 유동 해석 및 유동 특성 파악은 물론 최적 설계 툴을 이용한 보다 향상된 성능의 새로운 형상의 초음속 연소 흡입구를 설계하기 위한 연구를 수행하고 있다.