고엔탈피 풍동 해석 및 설계 연구

고엔탈피 풍동은 플라즈마 발생장치(아크히터), 노즐, 시험부, 압력회복장치(디퓨저, 열 교환기, 진공펌프)로 구성되어 초고속으로 대기권을 비행 또는 진입하는 비행체가 경험하는 고엔탈피 환경을 모사하는 실험 장치이다. 

고온, 고속의 유동 환경에서 비행체의 공력 가열 또는 구조물의 삭마 실험을 수행, 초음속/극초음속 비행체 및 다양한 분야의 내열 소재 개발 연구와 열차폐 구조물(TPS) 설계 연구를 할 수 있다. 그러나 풍동 실험만을 이용한 연구는 제한적인 실험 조건, 높은 실험 비용, 공력 가열 및 삭마에 영향을 미치는 변수 측정의 어려움 등의 한계가 존재한다. 따라서 비행체 구조물 및 내열 소재에 대한 정확도 높은 연구를 위해서는 전산유체해석을 이용하여 실험의 한계를 보완하는 연구가 필수적이다. 

본 연구에서는 아크히터 해석을 위한 전기장, 복사 모델이 포함된 평형 플라즈마 해석 프로그램, 노즐, 시험부, 압력 회복 장치를 해석하기 위한 평형/비평형 유동 해석 프로그램 및 유동-삭마 해석 프로그램을 이용하여 고엔탈피 풍동의 주요 구성요소에 대한 유동 구조 및 특성을 파악한다. 또한 해석을 바탕으로 안정적인 풍동 운용을 위한 요구조건을 만족하는 고엔탈피 풍동 설계 연구를 수행한다.

고엔탈피 풍동

아크히터 해석 결과(온도)

디퓨저 입구 해석 결과(압력) 및 Catch Cone 형상 설계