Supersonic flow

유동의 속도가 음속보다 빠른 초음속 유동에서는 충격파와 팽창파 등의 물리적으로 복잡한 현상이 발생한다. 이러한 현상들은 서로 상호작용하여 또 다른 복잡한 현상을 야기하기 때문에 초음속 유동장의 구조는 물리적으로 매우 복잡하게 나타난다. 이와는 별개로 충격파와 팽창파 부근에서 수치적인 불안정성이 발생하는데 이 역시 초음속 유동해석을 어렵게 만드는 요인이다. 따라서 초음속 영역에서 운용되는 전투기나 미사일등의 성능을 해석하고 설계하기 위해서는 조건에 맞는 수치기법을 선택하여 강건한 해를 얻는 것이 매우 중요하다.

본 연구실에서는 이러한 초음속 영역에서 나타나는 몇 가지 흥미로운 현상에 대해 연구가 진행되고 있다.

초음속 흡입구 Buzz 제어

Buzz 현상이란 초음속 흡입구 주위의 충격파 시스템이 진동하는 현상을 말한다. 이러한 현상은 압력 진동을 발생시켜 연소를 불안정하게 하고, 구조적 진동으로도 이어져 치명적인 손상을 가져올 수도 있다. 따라서 초음속 흡입구 개발을 위해서는 다양한 흡입구 형상과 운용 조건에 따른 다양한 buzz의 특성을 파악해야하며 동시에 buzz를 방지하기 위한 방법도 모색해야한다. 본 연구에서는 축대칭 형상과 3차원 형상 흡입구의 buzz 현상을 수치해석하며, 정확한 해를 얻기위한 수치적 조건들에 관해 정리하였다. 또한 다공성 bleed 모델을 사용하여 bleed가 buzz방지에 미치는 영향에 대해서 알아보고, 기존의 bleed 모델의 문제점을 보정하였다.

초음속 제트간섭 현상 해석

일반적으로 미사일은 fin을 장착하여 방향을 제어하지만, 급격한 기동이 요구되는 요격체의 경우는 측추력기를 장착하여 궤적 및 방향을 변화시킨다. 초음속으로 비행하는 미사일이 측추력기를 사용할 경우 자유류와 간섭하여 bow-shock과 barrel shock, Mach disk등의 매우 복잡한 현상을 야기한다. 또한 주위로 말굽와류 등을 유발하여 미사일의 공력계수에도 큰 영향을 미친다. 즉, 제트간섭 현상의 정확한 해석이 선행되어야 요격체의 성능을 정확하게 예측할 수 있다. 그러기 위해 Mach disk부근의 수치적 불안정성을 해소할 수 있는 여러 수치기법 등을 적용하여 비교하였고, 제트간섭 현상이 공력계수에 미치는 영향을 분석하였다. 추후 측추력제트에서 분사되는 가스를 다화학종 가스로 모사하면 더욱 정확한 해를 얻을 수 있을 거라 예상된다.