건국대학교 Ludwieg Tube에서의 초음속 자유 비행 모델의 힘 및 모멘트 측정 실험 = Force and Moment Measurement of Supersonic Free-Flight Models in Konkuk University Ludwieg Tube

국문 초록 (Abstract)

전 세계적으로 스크램제트(scramjet), 유도무기체계 등 초고속 비행체 개발에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 최근 국내 역시 극초음속 비행체 개발의 필요성이 대두되며 다양한 연구가 수행되어 발표되고 있다. 극초음속 비행체의 국내 자체 개발을 위해서는 국내 독자적으로 원천 기술을 확보해야하며 이를 위해 실기체 효과의 모사가 가능한 지상실험장비의 구축이 우선 시 되어야 한다.
1955년 독일의 H. Ludwieg는 낮은 운용비용으로 아음속, 천음속 영역에서 고레이놀즈수 유동을 만들어 내기 위해 충격파관을 이용한 관풍동이라는 새로운 장비를 개발하였다. 새로운 개념의 이 장비는 시간이 흘러 극초음속 영역에서도 사용하게 되었으며 유동의 난류성이 낮다는 장점을 가지고 있다. 현재 이 장비는 전 세계적으로 Ludwieg tube라고 알려져 있다. Ludwieg tube의 다양한 장점에 근거하여 상류막 방식의 고속작동밸브를 이용하는 건국대학교 Ludwieg tube(Konkuk university Lduwieg tube, KULT)를 구축하였다. KULT의 성능 검증을 위해 시험부 유동 마하수 검증, 시험부 정상유동 시간 검증, 시험부 유동 균질성 검증 세 가지 실험을 수행하였으며 수식 기반의 계산 결과와 비교 검증하였다.
전자석을 이용한 자유 낙하 기법을 이용하여 초음속 자유 비행 모델에 가해지는 힘 및 모멘트 측정을 위한 실험 기법을 획득하여 KULT에 적용하였다. 세 가지 성능 검증 결과와 초음속 자유 비행 모델의 힘 및 모멘트 측정 결과 KULT는 성공적으로 구축된 것으로 사료된다. 본 장비는 향후 초고속 비행체 개발에 필요한 실험적 역량을 확보하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Research on the development of high-speed vehicles such as scramjet and guided weapon systems has been actively conducted worldwide. Recently, various studies have been conducted and announced in Korea also. In order to self-develop the hypersonic vehicles in Korea, the fundamental studies must be secured in Korea. For this purpose, the construction of the ground-based test facility that capable of simulating real gas effects should be given priority.
In 1955, H. Ludwieg of Germany developed a new device called tube-tunnel using a shock tube to produce a high Reynolds number flow in the subsonic and transonic regions with low operating costs. This new concept facility has been used in hypersonic regions over time and has the advantage of low turbulence in the flow. This facility is now known worldwide as the Ludwieg tube. Based on the various advantages of the Ludwieg tube, Konkuk University Ludwieg tube (KULT), which uses an upstream fast acting valve, is constructed.
In order to performance validation of the KULT, three tests were performed for flow Mach number validation, steady flow time validation, and the flow uniformity validation. An experimental technique for measuring force and moment applied to supersonic free-flight model using the free-flight technique with an electric magnet was obtained and applied to KULT. The results of the three performance validation tests and the results of the force and moment measurements of the supersonic free-flight model show that the KULT has been successfully constructed.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구 배경 및 현황 1
• 1.1.1 실기체 모사가 가능한 지상실험장비 1
• 1.1.2 자유 낙하 기법을 이용한 힘 및 모멘트 측정 실험 5
• 제2절 연구 목표 및 내용 8
• 제2장 건국대학교 Ludwieg Tube(KULT)의 구축 10
• 제1절 Ludwieg Tube의 작동 원리 10
• 제2절 KULT의 상세설계 13
• 2.2.1 저장관 15
• 2.2.2 고속작동밸브 17
• 2.2.3 노즐 20
• 2.2.4 시험부 22
• 2.2.5 진공탱크 24
• 2.2.6 가열 시스템 25
• 제3절 KULT의 제작 및 설치 27
• 제3장 건국대학교 Ludwieg Tube(KULT)의 성능검증 29
• 제1절 시험부 유동 마하수 검증 29
• 3.1.1 실험 구성 31
• 3.1.2 실험 결과 32
• 제2절 시험부 정상유동 시간 검증 34
• 3.2.1 실험 구성 34
• 3.2.2 실험 결과 35
• 제3절 시험부 유동 균질성 검증 38
• 3.3.1 실험 구성 40
• 3.3.2 실험 결과 41
• 제4장 자유 비행 모델의 힘 및 모멘트 측정 실험 43
• 제1절 힘 측정 실험 43
• 4.1.1 실험 구성 44
• 4.1.2 실험 결과 46
• 제2절 모멘트 측정 실험 55
• 4.2.1 실험 구성 55
• 4.2.2 실험 결과 57
• 제5장 결론 65
• 참고문헌 66
• ABSTRACT 71