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이종성(Jongsung Lee),차용수(Yongsu Cha),Lijo Vincent,김희동(Heuydong Kim) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11
과팽창 상태 추력 노즐 내부의 측력(Lateral Force)발생에 대한 기초적 연구 분석을 실험적, 수치 해석적 방법으로 수행하였다. 엔진 정지 과정시 추력 노즐 내에 발생하는 압력진동을 조사하였다. 구동 압력비 변화에 따른 벽 압력 분포를 측정 및 쉴리렌 가시화를 수행하였다. RSS(Restricted Shock Separation)에서 FSS(Free Shock Separation)로 천이하는 순간 벽 압력 피크값이 발생하였다. In the present paper, experimental and numerical fundamental analyses of the occurrence of lateral force in overexpanded thrust nozzle were carried out. Investigation of the lateral force fluctuations in an thrust nozzle for the shutdown transient was presented. Wall pressure distribution and Schlieren Photographs as NPR were presented. Pressure peak is observed during transition of RSS to FSS.
과팽창 노즐에서 발생하는 충격파-경계층 간섭의 천이에 관한 수치해석적 연구
이종성(Jong Sung Lee),Vincent Lijo,김희동(Heuy Dong Kim) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.4
로켓 노즐 내에서 충격파 경계층 간섭패턴은 일반적으로, FSS 그리고 RSS, 두 가지로 구분되는데, 이는 엔진의 횡력을 수반한다. 본 연구에서는 과팽창 로켓노즐의 복잡한 유동장을 예측하기 위하여 수치해석적 연구를 수행하였다. 비정상, 축대칭, 압축성 N-S 방정식에 SST k-ω 난류모델을 적용하여, 유한 체적법으로 수치계산 하였다. 선행된 실험적 연구 결과와 비교하였으며, 계산된 결과와 정성적으로 잘 일치하였다. 본 연구의 결과로부터, RSS에서 FSS로 천이한 이후 반복적인 압력진동이 발생하였으며, 이는 복잡한 와류유동들의 간섭으로 인함임을 예측하였다. 또한 엔진 시동과정과 정지과정에서 히스테리시스 현상이 발생하였다. The interaction patterns between shock wave and boundary layer in a rocket nozzle are mainly classified into two categories, FSS(free shock separation) and RSS(restricted shock separation), both of which are associated with a side-loads of the engine. In the present work, a computational investigation was carried out to predict complicated flow fields in an over-expanded rocket nozzle. The compressible, unsteady, axisymmetric N-S equations with SST k-ω for turbulence model closure were solved using a fully implicit finite volume scheme. Computed results were in good agreement with previous experimental works. It was found that the repetitive wall pressure fluctuation were generated after the transition of RSS to FSS due to the interaction of complex vortical structures. Hysteresis phenomenon exhibited by the shock-separation patterns were also found during the start-up and shut-down processes.
이중근(Jung Keun Lee),이종성(Jong Sung Lee),신춘식(Choon Sik Shin),김희동(Heuy Dong Kim) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.4
과팽창 로켓 노즐에서 발생하는 충격파 경계층 간섭형태는 엔진 시동 및 정지 과정중 예기치 않은 횡력 변동을 수반한다. 본 연구에서는 노즐의 형상 및 구동 압력비의 변화가 유동장의 천이 형태 및 횡력 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 수치해석적 연구를 수행 하였다. 3 종류의 노즐 모델의 유동장 변화를 비교하였으며, 노즐의 구동 압력비를 변화하여 엔진의 시동 및 정지과정을 모사하였다. 본 연구의 결과는 실험적 연구 결과와 잘 일치 하였으며, 공동를 적용한 Ideal nozzle 형상에서 횡력이 발생할 것으로 예상된다. The shock wave and boundary layer interaction patterns in an over-expended rocket nozzle are associated with the production of undesirable side-forces during the start-up and shut-down processes of the engine. In the present work, computational study was carried out to investigate the effect of different nozzle shapes on the flow fields during the transient nozzle pressure ratio(NPR). Three shape of the nozzle on the flow fields, were employed during the startup and shut-down processes. The results obtained well predicted previous experimental data and side-force were expected in the shape of the ideal nozzle with cavity.
과팽창 초음속제트의 방향 제어를 위한 유체역학적 제어의 동특성 연구
허준영(Junyoung Heo),유광희(Kwanghee Yoo),조민경,성홍계(Hong-Gye Sung),이열(Yeol Lee),전영진(Youngjin Jeon),조승환(Seunghwan Cho) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5
기계적 제어장치를 사용하지 않으면서도 추력방향 제어가 가능한 유체역학적 추력편향제어(Fluidic Thrust Vector Control; FTVC)기법에 대한 연구 논문이다. 2차 유동은 주 유동 흐름과 같은 방향으로 분사하였고, 선행연구를 통해 정상(steady)상태의 수치해석 결과는 실험과 비교·검증하였다. 이를 바탕으로 비정상(unsteady) 수치해석을 수행하였고, 위아래로 제트가 편향이 될 때에 소요되는 시간과 벽면에서의 압력 분포 등을 조사하여 추력벡터의 동특성을 연구하였다. The purpose of this research is to investigate the dynamic characteristics of fluidic thrust vector control using the co-flow injection. In previous research, both numerical and experimental approaches for steady state were conducted to investigate operation-parameters and detail flow structure of the fluidic thrust vector control system. Based upon the previous results, numerical unsteady calculation was conducted to analyze the dynamic characteristics of jet up- and down-ward vectoring so that the transition time and the pressure distribution along the wall, and so on were investigated.
과팽창 노즐 내에 발생하는 FSS/RSS 현상에 관한 연구
이종성(Jong Sung Lee),김희동(Heuy Dong Kim) 한국가시화정보학회 2010 한국가시화정보학회 학술발표대회 논문집 Vol.2010 No.11
The interaction patterns of shock wave and boundary layer in a rocket nozzle are associated with the thrust characteristics as well as side forces of the engine. The present work aims at investigating the unsteady behavior of the separation shock waves in a two-dimensional supersonic nozzle, using computational method. The unsteady, compressible N-S equations with SST K-ω turbulence closure were solved using a fully implicit finite volume scheme. The results obtained show the separation shock motions during the transition of the interaction pattern.
과팽창 노즐에서 발생하는 충격파 박리 패턴의 천이에 관한 연구
이종성(Jongsung Lee),Vincent Lijo,김희동(Heuydong Kim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회지 Vol.14 No.3
Numerical investigation was carried out on axisymmetric over-expanded rocket nozzle to predict flow fields of transitional shock separation patterns. The unsteady, compressible N-S equations with k-ω SST for turbulence model closure were solved using a fully implicit finite volume scheme. Computed results were in good agreement with previous experimental works. It was found that strong side-loads were generated during the transition of RSS to FSS due to the development of a vortex ring in the inviscid jet core region. Hysteresis phenomenon exhibited by the shock-separation patterns was also found during the start-up and shut-down processes.
압력비 변화과정이 과팽창 노즐에서 발생하는 비정상 횡력 특성에 미치는 영향
이종성(Jongsung Lee),김희동(Heuydong Kim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
본 연구에서는 비정상 노즐 구동 압력비 변화가 유동장의 천이형태 및 횡력 특성에 어떠한 영향을 미치는지 조사하기 위하여 수치해석적 연구를 수행하였다. 비정상, 축대칭, 압축성 N-S 방정식을 유한 체적법으로 이산화 하였으며, SST k-ω 난류모델을 적용하였다. 엔진 정지 및 시동과정을 모사하기 위하여, NPR은 2~10의 범위에서 계산 하였다. 본 연구의 결과로 박리 유동과 히스테리시스 현상은 구동 압력비에 크게 의존하며, 또한 압력비 변동 시간이 횡력 특성에 지대한 영향을 미칠 수 있음을 알았다. In the present work, a numerical study is conducted to investigate the effect of the transient nozzle pressure ratio (NPR) on the flow fields inside the nozzle. The unsteady, compressible, axisymmetric, Navier-Stocks equations with SST k-ω turbulence model are solved using a fully implicit finite volume scheme. In order to simulate the start-up and shut-down processes of the engine, NPR is varied from 2.0 to 10.0. It is observed that the interaction patterns and the hysteresis phenomenon strongly depend on the time variation of NPR, leading to significantly different characteristics in the lateral forces.
압력비 변화과정이 과팽창 노즐에서 발생하는 횡력 변동 특성에 미치는 영향
이종성(Jongsung Lee),김희동(Heuydong Kim) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회지 Vol.14 No.6
The shock wave and boundary layer interaction patterns in an over-expanded rocket nozzle are associated with the production of undesirable side-forces during the start-up and shut-down processes of the engine. In the present work, a computational study is carried out to investigate the effect of the transient nozzle pressure ratio (NPR) on the flow fields inside the nozzle. The unsteady, compressible, axisymmetric, Navier-Stocks equations with SST k-ω turbulence model are solved using a fully implicit finite volume scheme. NPR is varied from 2.0 to 10.0, in order to simulate the start-up and shut-down processes of the rocket engine. It is observed that the interaction patterns and the hysteresis phenomenon strongly depend on the time variation of NPR, leading to significantly different characteristics in the lateral forces.
추진 노즐에서 발생하는 비정상 충격파-경계층의 간섭현상의 피동제어
이종성(Jongsung Lee),김희동(Heuydong Kim) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.5
본 연구에서는, step을 적용한 추력 노즐 내부 유동장의 횡력 특성을 조사하기 위하여 수치해석적 연구를 수행하였다. 비정상, 축대칭, 압축성 N-S 방정식을 유한 체적법으로 이산화 하였으며, SST k-ω 난류모델을 적용하였다. 엔진 정지과정을 모사하기 위하여, NPR은 100~10로 변화시켜 계산 하였다. 본 연구의 결과로 박리점 및 마하디스크 위치는 구동 압력비에 크게 의존하며, 또한 step의 적용이 횡력 특성에 지대한 영향을 미칠 수 있음을 알았다. In the present work, a computational study was conducted to investigate characteristic of lateral force on the flow fields inside the propulsion nozzle with step. The unsteady, compressible, axisymmetric, Navier-Stocks equations with SST k-ω turbulence model are solved using a fully implicit finite volume scheme. In order to simulate the shut-down process of the engine, NPR is varied from 100.0 to 10.0. It is observed that the separation point and Mach-disk strongly depend on the variation of NPR, and adjusting the step lead to significantly different characteristics in the lateral forces.