Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D Nozzle ...
Transcript of Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D Nozzle ...
![Page 1: Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D Nozzle ...](https://reader033.fdocuments.in/reader033/viewer/2022051813/62824026ff8f4964b369762e/html5/thumbnails/1.jpg)
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers Vol. 20, No. 3, pp. 87-95, 2016 87
1. ์ ๋ก
Research Paper DOI: http://dx.doi.org/10.6108/KSPE.2016.20.3.087
๊ณ ๋ ๋ณด์ ์ฉ E-D ๋ ธ์ฆ์ ์ถ๋ ฅ ํน์ฑ์ ํ ์์นํด์ ์ฐ๊ตฌ
ํฉํฌ์ฑ a โค ํํ์ผ b, *
Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D
Nozzle for Altitude Compensation
Heuiseong Hwang a โค Hwanil Huh b, *
a School of Aerospace Engineering, Graduate School at Chungnam National University, Koreab School of Aerospace Engineering, Chungnam National University, Korea
* Corresponding author. E-mail: [email protected]
ABSTRACT
A study on the effect of altitude-compensation and the possibility of throttling is performed by
designing an E-D nozzle that is a type of altitude-compensation nozzles. In order to examine the effect
of the altitude-compensation, a CFD analysis is conducted by using three kinds (sea level, altitude at
10 km and 16 km) of the atmosphere condition while maintaining the chamber pressure. Results show
that the effective nozzle exit area is also gradually increased when the altitude get increased.
Understanding the possibility of throttling, a CFD analysis is conducted by moving the location of the
pintle. Just as same as a general pintle thruster, the chamber pressure and thrust are increased when
the nozzle throat area get decreased.
๋ก
๋ณธ ๋ ผ๋ฌธ์์๋ E-D ๋ ธ์ฆ์ ์ค๊ณํ์ฌ ๊ณ ๋ ๋ณด์ ์ ํ ํจ๊ณผ์ Throttling์ ํ ๊ฐ๋ฅ์ฑ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์
ํํ ๋ค. ๊ณ ๋ ๋ณด์ ์ ํ ํจ๊ณผ๋ฅผ ํ์ธํ๊ธฐ ํ์ฌ ์ฐ์์ค ์๋ ฅ์ ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์งํ๋ฉฐ, ์ด 3๊ฐ์ง(ํด์
๋ฉด, ๊ณ ๋ 10 km, ๊ณ ๋ 16 km)์ ์ธ๋ถ ๊ธฐํ๊ฒฝ ์กฐ๊ฑด์ ์ด์ฉํ์ฌ ํด์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ ๋ค. ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ
๊ณ ๋๊ฐ ์์นํ ์๋ก ์ ํจ ๋ ธ์ฆ ์ถ๊ตฌ ๋ฉด ์ญ์ ์ฆ๊ฐํ ์ผ๋ฉฐ ์ด๋ก ์ธํ์ฌ ์ถ๋ ฅ๋ ์ฆ๊ฐํ ๋ค.
ํ Throttling์ ํ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ ์ ํ๊ธฐ ํ์ฌ ํํ์ ์น๋ฅผ ์ฐ์์ค ์ชฝ์ผ๋ก ํ์ง์์ผ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด
์ ์๊ฒ ๋ชจ๋ธ๋งํ์ฌ ํด์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ ๋ค. ์ผ๋ฐ ์ธ ํํ ์ถ๋ ฅ๊ธฐ์ ๋์ผํ๊ฒ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด ์ด
์ด๋ค์๋ก ์ฐ์์ค ์๋ ฅ์ด ์์นํ๋ฉฐ ์ถ๋ ฅ ์ญ์ ์ฆ๊ฐํ ๋ค.
Key Words: Expansion-Deflection Nozzle(E-D ๋ ธ์ฆ), Altitude-Compensation(๊ณ ๋ ๋ณด์ ), Nozzle
Efficiency(๋ ธ์ฆ ํจ์จ), Aerodynamic Load(๊ณต๋ ฅ ํ )
Received 1 April 2016 / Revised 10 May 2016 / Accepted 15 May 2016 Copyright โธ The Korean Society of Propulsion EngineerspISSN 1226-6027 / eISSN 2288-4548
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org /licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
![Page 2: Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D Nozzle ...](https://reader033.fdocuments.in/reader033/viewer/2022051813/62824026ff8f4964b369762e/html5/thumbnails/2.jpg)
88 ํฉํฌ์ฑ โค ํํ์ผ ํ๊ตญ์ถ์ง๊ณตํํ์ง
์ผ๋ฐ ์ผ๋ก ์ถ๋ ฅ ํจ์จ(thrust efficiency)์ ์ฐ
์์ค์์ ์์ฑ๋ ๊ธฐ์ฒด๊ฐ ๋ ธ์ฆ์ ํตํด ๋น ์ ธ๋์ฌ
๋, ๋ ธ์ฆ ์ถ๊ตฌ์์์ ์๋ ฅ๊ณผ ๋ ธ์ฆ ๋ฐ์ ์๋ ฅ์ด
๋์ผํ ๊ฒฝ์ฐ์ ๊ฐ์ฅ ์ข๋ค. ์ผ๋ฐ ์ธ ๋ ธ์ฆ์ ๋ ธ์ฆ
์ถ๊ตฌ ๋ฉด ์ด ๊ณ ์ ๋์ด ์์ผ๋ฏ๋ก ๋ ธ์ฆ ์ถ๊ตฌ์์
์ ์๋ ฅ์ด ์ผ์ ํ์ง๋ง, ๊ธฐ์ ์๋ ฅ์ ๊ณ ๋์ ๋ฐ
๋ผ ๋ณํ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ค๊ณ ๊ณ ๋ ์ด์ธ์ ๋ชจ๋ ๊ณ ๋
์์๋ ๋ ธ์ฆ ์ถ๊ตฌ ์๋ ฅ๊ณผ ๊ธฐ์์ ์ฐจ์์ด ๋ฐ์
ํ๊ฒ ๋์ด ๋ ธ์ฆ์ ํจ์จ์ด ๊ฐ์ํ๋ค. ์ด๋ฌํ ๋ ธ์ฆ
์ ํจ์จ ๊ฐ์๋ฅผ ์ต์ํํด์ฃผ๋ ๊ณ ๋ ๋ณด์ ๋ ธ์ฆ
(altitude-compensation nozzle)์ ํ ์ฐ๊ตฌ๋
50 ๋ ๋ถํฐ ์กด์ฌํด ์๋ค[1].
๊ณ ๋ ๋ณด์ ๋ ธ์ฆ์ ํ ์ข ๋ฅ์ธ E-D (Expansion-
Deflection) ๋ ธ์ฆ์ ๋ ธ์ฆ ์ถ๊ตฌ์ ์กด์ฌํ๋ ํํ(p
intle) ํน์ ์ ๋ ๋ณ๋ฅ๊ธฐ(flow deflector)๋ฅผ ์ด์ฉํด
์ด๋ ์ ํ์ ์ ํจ ๋ ธ์ฆ ์ถ๊ตฌ ๋ฉด ์ ๋ณํ๋ฅผ ์
๋ํ์ฌ ๊ณ ๋์ ์ํ๋ ์๋ฆฌ๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ค. ๋ ธ์ฆ ์ถ
๊ตฌ์ ์กด์ฌํ๋ ํํ ํน์ ์ ๋ ๋ณ๋ฅ๊ธฐ๋ฅผ ํตํด
๋ ธ์ฆ ๋ด๋ถ์ ์ฑ ํ๋ฅ ์ญ์ด ๋ํ๋๊ฒ ๋๋๋ฐ,
์ด ์ ๋ ์ญ์ผ๋ก ์ธํ์ฌ ๋ฎ์ ๊ณ ๋ ์กฐ๊ฑด์์๋
๋ฌผ๋ฆฌ ์ผ๋ก ๋ํ๋๋ ๋ ธ์ฆ ์ถ๊ตฌ ๋ฉด ๋ณด๋ค ์์
์ ํจ ๋ ธ์ฆ ์ถ๊ตฌ ๋ฉด ์ ๊ฐ์ง๊ฒ ๋๋ค. ํ์ง๋ง ๊ณ
๋๊ฐ ์์นํจ์ ๋ฐ๋ผ ๋ ธ์ฆ์ ์๋ ฅ๋น(nozzle press
ure ratio, NPR)๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๊ฒ ๋๋ฉด ๋ ธ์ฆ์ ์ ํจ
์ถ๊ตฌ ๋ฉด ์ด ์ฆ๊ฐํ๊ฒ ๋๋ค. ์ด๋ฐ ์ ๋ ์ญ์
๊ณ ๋์์ ๊ฐ๋ฐฉ(open) ์ ๋์ฅ์ด๋ผ๊ณ ํ๋ฉฐ, ๊ณ ๊ณ
๋์์๋ ํ์(closed)์ ๋์ฅ์ด๋ผ ํ๋ค. E-D ๋ ธ
์ฆ์ ์ ๋ ํน์ฑ์ Fig. 1์ ํตํด ํ์ธํ ์ ์
๋ค.
E-D ๋ ธ์ฆ์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ตญ๋ด์์๋ ์์ง ์ฐ๊ตฌ๋์ง
์์๋ค. ํ์ง๋ง ํด์ธ์ ๊ฒฝ์ฐ 1960๋ ๋ถํฐ ์ฐ๊ตฌ
๋ฅผ ์์ํ ๋ค. ๋ฏธ๊ตญ์ ๊ฒฝ์ฐ 1960๋ ์ E-D ๋ ธ
์ฆ์ ํ ๊ฐ๋ ์ ์ธ์ ์ฌ๋ฌ ๊ฐ์ง ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํ
ํ ์ผ๋ฉฐ, 1970๋ ์๋ ๊ณ ๋ ๋ณด์ ์ ํ ํจ๊ณผ
์ ๋๋ถ์ด E-D ๋ ธ์ฆ์ throttling์ ํ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ
์ํํ ๋ค[2]. ํธ์ฃผ์ new south wales ํ๊ต
์์๋ ๋ค์ํ E-D ๋ ธ์ฆ ํ์์ ์ค๊ณํ๊ณ ์ด๋ค
์ ์ฑ๋ฅ์ ์ ํ๋ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ์ค
ํ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ํตํด ์ผ๋ฐ ์ธ ๋ ธ์ฆ๊ณผ์ ์ ๋์ฅ
์ถ๋ ฅ ์ฑ๋ฅ์ ํ์ฌ ๋น๊ต ๋ถ์ํ๋ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํ
ํ ๋ค[1,3]. ์ด ์ธ์ ๊ตญ์ Bristol ํ๊ต์์
Fig. 1 Flow behavior in the E-D nozzle[1] ((a) open
mode and (b) closed mode).
๋ E-D ๋ ธ์ฆ์ ํ์ด ๋ฆฌ๋ ๋ก์ผ์ ์ฉํ์ฌ ์ฐ
์์ํ์ ์ํํ ์ผ๋ฉฐ[4], ๋ ์ผ์ DLR(german
aerospace center)์์๋ ๊ณต์์ํ์ ํตํด ์ ๋
๋ฐ๋ฆฌ์ ์ถฉ๊ฒฉ ๋ฑ์ ์ ๋์ฅ ๋ถ์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ
๋ค[5].
๋ณธ ๋ ผ๋ฌธ์์๋ ์์น ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ํตํด ๊ณ ๋ ์กฐ๊ฑด
๋ณํ๋ฅผ ํตํ E-D ๋ ธ์ฆ์ ๊ณ ๋ ๋ณด์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ๋ถ์
ํ ์ผ๋ฉฐ, ํํ์ ํตํด ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด ์ ๋ณํ์ํด
์ผ๋ก์จ E-D ๋ ธ์ฆ์ throttling์ ํ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์
ํํ ๋ค.
2. ์์นํด์ ๋ชจ๋ธ ์กฐ๊ฑด
2.1 E-D ๋ ธ์ฆ ํด์ ๋ชจ๋ธ ์ ์
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ณ ๋ ์กฐ๊ฑด ๋ณํ๋ฅผ ํตํ E-D ๋ ธ
์ฆ์ ๊ณ ๋ ๋ณด์ ํจ๊ณผ์ throttling ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ดํด๋ณด
๊ธฐ ํ์ฌ Fig. 2์ ๋ชจ์๋๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ E-D ๋ ธ์ฆ
์ ์ค๊ณํ ๋ค. Fig. 2๋ ์ํธ(circular arcs)๋ฅผ ์ด
์ฉํ์ฌ E-D ๋ ธ์ฆ์ ์ค๊ณํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ผ๋ก ํํ์
![Page 3: Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D Nozzle ...](https://reader033.fdocuments.in/reader033/viewer/2022051813/62824026ff8f4964b369762e/html5/thumbnails/3.jpg)
์ 20๊ถ ์ 3ํธ 2016. 6. ๊ณ ๋ ๋ณด์ ์ฉ E-D ๋ ธ์ฆ์ ์ถ๋ ฅ ํน์ฑ์ ํ ์์นํด์ ์ฐ๊ตฌ 89
Fig. 2 E-D nozzle geometry schematic[1].
Fig. 3 Configuration of E-D nozzle.
15 mm 75ยฐ 75ยฐ 37.5 mm
75ยฐ 150 mm 7.5 mm 7.5 mm
Table 1. E-D Nozzle geometric parameters.
ํ์, ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ, ๋ ธ์ฆ ํฝ์ฐฝ๋ถ ๋ชจ๋ ์ํธ๋ฅผ ์ด์ฉํ
์ฌ ์ค๊ณํ ๋ค. Fig. 2์์ c์ t ์ฌ์ด์ ๊ฑฐ๋ฆฌ
๋ ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ[1]์ ๋์ผํ๊ฒ 15 mm๋ก ๊ฒฐ์ ํ
๋ค. ํํ์ d์ e์ ๊ฐ๋๋ ๊ฐ ๊ฐ 0ยฐ, 90ยฐ๋ก
๊ฒฐ์ ํ ์ผ๋ฉฐ, ๋ ธ์ฆ ํฝ์ฐฝ๋น๋ 17.6 ์ด๋ค. ์ค๊ณ๋
ํํ์ ํ์์ Fig. 3๊ณผ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ ๊ฐ ๊ฐ์ ์ค๊ณ ์
์น๋ Table 1๊ณผ ๊ฐ๋ค.
2.2 ์์นํด์ ์กฐ๊ฑด
E-D ๋ ธ์ฆ์ ์์นํด์ ์กฐ๊ฑด์ Table 2์ ๊ฐ๋ค.
์ฐ์์นํด์์ Fluent 15.0 ๋ฒ ์ ์์ฉ์ฝ๋๋ฅผ
์ฌ์ฉํ ๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ด 2 ๊ฐ์ง์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ
Pre-ProcessingCATIA V5/
Gambit 2.4.6
Solver Fluent 15.0
Working Fluid Cold gas
Wall Condition <2
Turbulent model Spalart-Allmaras
Far-Field distance x/L=100, y/L=40
Number of grids Approx. 210000
Domain Planar
Table 2. CFD analysis conditions.
Fig. 4 Schematic of E-D nozzle grid system[8].
์ํํ ๋ค. ๊ณ ๋ ๋ณด์ ์ ํ ํจ๊ณผ๋ฅผ ๋จํ๊ธฐ
ํ ํด์ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ ๊ตฌ์กฐ๊ฑด์ ์๋ ฅ ์ ๊ตฌ
์กฐ๊ฑด(pressure inlet)์ผ๋ก ๊ตฌ์ฑํ ์ผ๋ฉฐ, throttling
์ ํ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ ๊ตฌ์กฐ๊ฑด์ ์ง๋์ ๋ ์กฐ๊ฑด(mass
flow inlet)์ผ๋ก ์ค์ ํ ๋ค. ์๋ ฅ ์ ๊ตฌ ์กฐ๊ฑด์
๊ฒฝ์ฐ ์ฐ์์ค ์๋ ฅ์ 5 atm (506,625 bara)๋ก ์ค
์ ํด์ฃผ์์ผ๋ฉฐ, ์ง๋์ ๋ ์กฐ๊ฑด์์๋ ์ง๋์ ๋์ด
50 g/s๋ก ์ ์ ๋๋๋ก ์ค์ ํ ๋ค. ์๋ ์ ์ฒด๋
์ด์๊ธฐ์ฒด์ ๊ณต๊ธฐ, ์จ๋๋ 300 K๋ก ์ค์ ํ ๋ค.
Far-field์ ํฌ๊ธฐ๋ ์ถ๋ ฅ๊ธฐ ๊ธธ์ด๋ฅผ ๊ธฐ ์ผ๋ก ๊ฐ๋ก
100๋ฐฐ, ์ธ๋ก 40๋ฐฐ๋ก ๊ตฌ์ฑํ ๋ค. ์์นํด์์
ํ ๋๋ฅ๋ชจ๋ธ์ ๊ตญ๋ด ์ ํ์ฐ๊ตฌ[6,7]๋ก ์ํํ ๋
ํํ ์ถ๋ ฅ๊ธฐ์ ํด์ ์ฐ๊ตฌ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก
Spalart-Allmaras ๋ชจ๋ธ์ ์ฌ์ฉํ ๋ค.
Fig. 4๋ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ฌ์ฉ๋๋ E-D ๋ ธ์ฆ์ ๊ฒฉ
์ ๊ตฌ์ฑ๋๋ก Fig. 3๊ณผ ๊ฐ์ด ์ค๊ณ๋ E-D ๋ ธ์ฆ์
Gambit 2.4.6 ๋ฒ ์ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ฒฉ์๋ฅผ ์์ฑํ
๋ค. ๊ฒฉ์๋ ๋ชจ๋ ์ฌ๊ฐ ์ ๋ ฌ ๊ฒฉ์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ์ผ๋ฉฐ
๊ฒฉ์์๋ ์ฝ 21 ๋ง๊ฐ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด ์์ผ๋ฉฐ ๊ฐ
2 ์ดํ๋ก ๊ตฌ์ฑ๋์ด์๋ค.
![Page 4: Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D Nozzle ...](https://reader033.fdocuments.in/reader033/viewer/2022051813/62824026ff8f4964b369762e/html5/thumbnails/4.jpg)
90 ํฉํฌ์ฑ โค ํํ์ผ ํ๊ตญ์ถ์ง๊ณตํํ์ง
2.3 ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ ๊ทธ๋ ๊ธฐ ์ ์
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ถ๋ ฅ๊ธฐ์ ํ์์ Inlet(x=0 mm)
์ ๊ธฐ ์ผ๋ก ์ค๊ณ๋์๋ค. ๋ณธ E-D ๋ ธ์ฆ์ ๊ฒฝ์ฐ
ํํ ๋จธ๋ฆฌ๊ฐ ๋ ธ์ฆ ํฝ์ฐฝ๋ถ์ ์กด์ฌํ๋ฏ๋ก ๋ด๋ถ ์
๋๋ณด๋ค๋ ๋ ธ์ฆ ํฝ์ฐฝ๋ถ์ ์ธ๋ถ์ ๋์ ๋ถ์ํ ๋ค.
๋ฐ๋ผ์ Fig. 5์ ๊ฐ์ด ํํ ๋ ธ์ฆ์ ๋ฒฝ๋ฉด์๋ ฅ,
๋ ๋ฑ์ ๊ฐ๋ค์ ํํ ๋ ธ์ฆ์ ๋ฒฝ๋ฉด์์
Throat gap์ X์ถ ์ขํ๋ฅผ ๊ธฐ ์ผ๋ก X ์ถ ์ฒด
๋ฅผ ๋ฌด์ฐจ์ํ ํด์ฃผ์๋ค. ์ด๋ฅผ ํ์ฉํ์ฌ ๋ ธ์ฆ ๋ฒฝ๋ฉด
ํน์ ํํ ๋ฒฝ๋ฉด์ ์๋ ฅ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ํ๋ด์๊ณ , ๊ฐ ๊ฐ
์ ๋ ธ์ฆ ํํ ๋ฒฝ๋ฉด ์๋ ฅ ๋ถํฌ๋ Throat gap
๋ถํฐ ๋ ธ์ฆ ํํ ๋๋จ๊น์ง์ ๊ฐ์ ๊ทธ๋ ๋ก
ํ์ํ ๋ค.
2.4 ์ฐ์์นํด์ ๊ฒ์ฆ
2.4.1 ๊ฒฉ์์์ ๋ฐ๋ฅธ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ
์ฐ์์นํด์์ ์ปดํจํฐ๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ์ด๋๋, ์
์ง ๋ฑ์ ์ง๋ฐฐ๋ฐฉ์ ์์ ํตํด ๋ฐ๋ณต๊ณ์ฐ์ ์ํ
ํจ์ผ๋ก์จ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋์ถํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ฒฉ์์ ์์
์ง(Quality)์ด ์ํ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ E-D ๋ ธ์ฆ์ ์ฑ
๋ฅ ๋ถ์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ๊ธฐ ์ ์์นํด์์ ์๋ ด
์๊ฐ์ ๋จ์ถํ๋ฉด์ ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ ํ๋๋ฅผ ์ ์ง
ํ๊ธฐ ํด ๋ถํ์ํ ์ ๋์ฅ์ ๊ฒฉ์์๋ฅผ ์ด๊ธฐ
ํ์ฌ ๊ฒฉ์์์ ๋ฐ๋ฅธ ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ถ์ํ ๋ค.
์ค๊ณ๋ E-D ๋ ธ์ฆ์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋์ผํ ์ ๋์ฅ๊ณผ
ํด์ ์กฐ๊ฑด์ ์ค์ ํ์ฌ ์์นํด์์ ์งํํ ๊ณ ,
๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ๋ Fig. 6๊ณผ ๊ฐ๋ค. ์์น ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ ์ฝ 28
๋ง๊ฐ์ ๊ฒฉ์์๋ฅผ ๊ฐ์ง ๊ฒฝ์ฐ์ ์ฝ 21 ๋ง๊ฐ์ ๊ฒฉ
์์๋ฅผ ๊ฐ์ง ๊ฒฝ์ฐ๊ฐ ๋์ผํ ๊ฒฝํฅ์ฑ์ ๊ฐ์ง๋ ๊ฒ
์ ํ์ธํ ๋ค. ํ ํํ ๋ฒฝ๋ฉด์ ์ ์๋ถํฌ๋ฅผ ์ด
์ฉํ์ฌ ๊ณต๋ ฅํ ์ ๋ถ์ํ ์ผ๋ฉฐ, ์ฝ 0.06%์ ์ค
์ฐจ๋ฒ ์์ ์ผ์นํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ๋ค. ๋ฐ๋ผ์
๊ฒฉ์์ ์๋ฅผ ์ฝ 21๋ง ๊ฐ๋ก ๊ตฌ์ฑํ์ฌ ํด์ ์ฐ
๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ ๋ค.
Fig. 5 Definition of coordinates ((a) Pintle wall, (b)
Nozzle wall).
2.4.2 ๊ธฐ์กด ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ด์ฉํ ์์นํด์ ๊ฒ์ฆ
์์นํด์์ ํตํด E-D ๋ ธ์ฆ์ ์ฑ๋ฅ์ ๋ถ์ํ๊ธฐ
, ์์นํด์ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ ๋ขฐ์ฑ ๊ฒ์ฆ์ ํด ๊ณต์
์คํ ๊ฒฐ๊ณผ[1]์ ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋น๊ตํ ๋ค. ๊ณต์
์คํ ๋ชจ๋ธ์ ์๋์ Fig. 7๊ณผ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ, ๊ณต๊ธฐ๋ฅผ ์ด
์ฉํ์ฌ ์คํ์ ์ํํ ๋ค. ์ ํ์ฐ๊ตฌ[1]์์ ์ฐ
์์ค ์๋ ฅ์ ๋ ธ์ฆ ์๋ ฅ๋น 5~25๋ก ์ค์ ํ ์ผ๋ฉฐ,
Number of grids Aerodynamic load
278,946 62.96 N
211,846 63 N
Table 3. Aerodynamic load according to different grid
models.
(a)
(b)
Fig. 6 Static pressure distributions ((a): Nozzle wall, (b):
Pintle wall).
![Page 5: Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D Nozzle ...](https://reader033.fdocuments.in/reader033/viewer/2022051813/62824026ff8f4964b369762e/html5/thumbnails/5.jpg)
์ 20๊ถ ์ 3ํธ 2016. 6. ๊ณ ๋ ๋ณด์ ์ฉ E-D ๋ ธ์ฆ์ ์ถ๋ ฅ ํน์ฑ์ ํ ์์นํด์ ์ฐ๊ตฌ 91
๊ทธ 4 ๊ฐ์ง ๋ ธ์ฆ ์๋ ฅ๋น๋ฅผ ์ ์ ํ์ฌ ์คํ์
์ํํ ๋ค. Fig. 8๊ณผ ๊ฐ์ด ์คํ๊ณผ ๋์ผํ ํ์
์ ๋ ธ์ฆ์ ์ค๊ณํ์ฌ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ํด์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ
๋น๊ตํ ๋ค. ๋๋ฅ ๋ชจ๋ธ์ Spalart-Allmaras ๋ชจ๋ธ
์ ์ฌ์ฉํ ๊ณ ๋ 2 ์ดํ๋ก ์ ์งํ ๋ค. ๊ทธ
Fig. 7 Experimental setup with E-D nozzle[1].
Fig. 8 Configuration of E-D nozzle for CFD validation.
Fig. 9 Comparison of numerical and experimental[1]
thrust coefficient.
๊ฒฐ๊ณผ๋ Fig. 9์ ๊ฐ์ผ๋ฉฐ ์ถ๋ ฅ ๊ณ์์ ๊ฐ์ด ์คํ
๊ฒฐ๊ณผ์ ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ ์ฝ 5% ์ดํ์ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด
์ผ๋ฉฐ, ์ถ๋ ฅ์ ๊ฒฝ์ฐ ๋ชจ๋ ์ฝ 3 N ์ดํ์ ์ฐจ์ด๋ฅผ
๋ณด ๋ค. ์ด๋ฅผ ํตํด E-D ๋ ธ์ฆ์ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ํด์
๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ ์ผ์นํจ์ ํ์ธํ ๋ค.
3. ์์นํด์ ๊ฒฐ๊ณผ
3.1 ๊ณ ๋์ ๋ฐ๋ฅธ E-D ๋ ธ์ฆ์ ํน์ฑ
E-D ๋ ธ์ฆ์ ์์ ์ค๋ช ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ์ ํจ ๋ ธ์ฆ
์ถ๊ตฌ ๋ฉด ์ ๋ณํ๋ฅผ ์ ๋ํ์ฌ ๊ณ ๋ ๋ณํ์ ์
ํ๋ ์๋ฆฌ๋ฅผ ๊ฐ์ง๊ณ ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๊ณ ๋ ๋ณํ์
๋ฐ๋ฅธ ๋ ธ์ฆ์ ํน์ฑ์ ์ ํ๊ธฐ ํ์ฌ ์ฐ์์ค ์
๋ ฅ์ ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์งํ๊ณ , ๋ ธ์ฆ ์๋ ฅ๋น(NPR)๋ฅผ 5.
0(ํด์๋ฉด ์กฐ๊ฑด), 19.1(๊ณ ๋ 10 km ์กฐ๊ฑด), 48.9(๊ณ
๋ 16 km ์กฐ๊ฑด)๋ก ์ค์ ํ์ฌ ์ ๋ ํด์์ ์ํํ
๋ค. Inlet ์กฐ๊ฑด์ ์๋ ฅ ์ ๊ตฌ ์กฐ๊ฑด์ ์ฌ์ฉํ ๊ณ
์คํ์ค์์ ๋ณด์ ์ธ HAP (Hypersonic Air-bre
athing Propulsion) ๋ก๊ทธ๋จ์ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ฐ ๊ฐ
์ ๊ณ ๋ ์กฐ๊ฑด์ ๋ง๋ ์๋ ฅ, ์จ๋ ๊ฐ์ ์ป์ด ํด์
์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ์ค์ ํด ์ฃผ์๋ค. ๊ทธ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ ธ์ฆ ์๋ ฅ๋น์
๋ฐ๋ฅธ ์ ๋์ฅ์ ๋ค์ Fig. 10๊ณผ ๊ฐ๋ค.
๊ฐ๊ฐ์ ๊ณ ๋์ ํ ๋งํ์ ๋ถํฌ์์ ํ์ธํ
์ ์๋ ๊ฒ์ฒ๋ผ ๊ณ ๋๊ฐ ์์นํ ์๋ก ์ ํจ ๋ ธ์ฆ
์ถ๊ตฌ ๋ฉด ์ด ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ์
Fig. 10 Mach number contour according to different
altitudes[8].
![Page 6: Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D Nozzle ...](https://reader033.fdocuments.in/reader033/viewer/2022051813/62824026ff8f4964b369762e/html5/thumbnails/6.jpg)
92 ํฉํฌ์ฑ โค ํํ์ผ ํ๊ตญ์ถ์ง๊ณตํํ์ง
Fig. 11 Pintle wall static pressure distribution according
to different altitudes.
ํจ ๋ ธ์ฆ ์ถ๊ตฌ ๋ฉด ์ด ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ถ๋ ฅ ์ญ์
์ฆ๊ฐํ ๋ค. Table 4์์ ๋ณด๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ๊ณ ๋
16 km ์กฐ๊ฑด์์์ ์ถ๋ ฅ์ ํด์๋ฉด ์กฐ๊ฑด์์ ๋ณด
๋ค ์ฝ 83%๊ฐ๋ ์ฆ๊ฐํ ์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ก ์ธํด ์ถ๋ ฅ๊ณ
์ ์ญ์ ํฌ๊ฒ ์ฆ๊ฐํ ๋ค. ์ด๊ฒ์ผ๋ก ์ธํด ๋ ธ์ฆ์
์ฑ๋ฅ์ด ๋์ผํ ์ฐ์์ค ์๋ ฅ์์๋ ๋ถ๊ตฌํ๊ณ ์ฆ
๊ฐํ๋ค๋ ๊ฒ์ ์๋ฏธํ๋ค. ํ์ง๋ง ํํ์ ์์ฉํ
๋ ๊ณต๋ ฅํ ์ญ์ ์ฝ 56%๊ฐ๋ ์ฆ๊ฐํจ์ ํ์ธํ
๋๋ฐ, ์ด๋ ํํ์ ์์ฉํ๋ ์๋ ฅ์ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์ปค
์ก๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. Fig. 11์์ ๋ณด๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ๊ณ
๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ํํ ๋ฒฝ๋ฉด์์ ๋ํ๋๋ ์ถฉ๊ฒฉ
๊ฐ ํํ ๋๋จ์ผ๋ก ์ด๋ํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์
์๋๋ฐ, ์ด๋ ํํ ๋ท๋ฉด์ ์๋ ฅ์ด ๋ฎ์์ง์ ๋ฐ๋ผ
ํํ ๋ฒฝ๋ฉด์ผ๋ก ํ๋ฌ๋ค์ด์ค๋ ์ ๋์ด ์ฝํด์ก๊ธฐ
๋๋ฌธ์ด๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ํํ ๋ท๋ฉด์ ์๋ ฅ ํ ์ ๊ฐ์
ํ๊ณ ํํ ๋ฒฝ๋ฉด์ ์๋ ฅํ ์ ์ปค์ง๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ํ
ํ์ ๊ณต๋ ฅํ ์ ๊ณ ๋๊ฐ ๋์์ง์ ๋ฐ๋ผ ํฌ๊ฒ ๋
ํ๋๋ค.
ํด์๋ฉด ์กฐ๊ฑด์ ๊ฒฝ์ฐ Fig. 12์์ ๋ณด๋๋ฐ์ ๊ฐ
์ด ํํ ์๋ฉด์์ ์์ฑ๋ ๊ฒฝ์ฌ์ถฉ๊ฒฉ ๊ฐ ๋ ธ์ฆ ๋ฒฝ
๋ฉด์ ๋ถ๋ชํ๋ฉด์ ๊ฒฝ๊ณ์ธต ๋ถ๋ฆฌ ๊ฑฐํ(Separation
Bubble)์ด ๋ํ๋ฌ๋ค. ์ด ๊ฒฝ๊ณ์ธต ๋ถ๋ฆฌ ๊ฑฐํ์ ์
ํด์ ๋ํ๋ ์ถฉ๊ฒฉ ๋ก ์ธํด ๋ ธ์ฆ ๋ฒฝ๋ฉด์ ๋ณต์กํ
์ ๋ ๊ตฌ์กฐ๊ฐ ๋ํ๋ฌ๋ค. ๊ณ ๋๊ฐ ์์นํ ์๋ก ์ถฉ๊ฒฉ
์ ๊ฐ๋๊ฐ ์ด๋ค์ด ๊ฒฝ๊ณ์ธต ๋ถ๋ฆฌ ๊ฑฐํ์ด ๋ ธ์ฆ
๋๋จ์ผ๋ก ์ด๋ํ ์ผ๋ฉฐ ์ถฉ๊ฒฉ ์ ๊ฐ๋๊ฐ ์ฝํด์ง
์ ๋ฐ๋ผ ํฌ๊ธฐ๊ฐ ์์์ก๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๊ณ ๋๊ฐ ์์นํ
Fig. 12 Nozzle wall static pressure distribution according
to different altitudes.
Altitude
[km]
Thrust
[N]
Aero-
dynamic
load [N]
0 13.96 0.626 62.99
10 21.12 0.947 91.53
16 25.58 1.147 98.44
Table 4. Performance of E-D nozzle according to
different altitudes.
์๋ก ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ์ ๋น ์ ธ๋์จ ์ ๋์ด ์ถฉ๊ฒฉ ์ ํฅ
์ ํฌ๊ฒ ๋ฐ์ง ์๊ณ ๋จ์กฐ๋กญ๊ฒ ํ๋ฌ๋์ค๋ ๊ฒ์
ํ์ธํ ์ ์๋ค.
3.2 ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด ์ ๋ฐ๋ฅธ E-D ๋ ธ์ฆ ํน์ฑ
๊ณ ๋ ๋ณด์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ดํด๋ณด๋ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ฐ์
์ค ์๋ ฅ์ ์ผ์ ํ๊ฒ ๊ณ ์ ํ ํ ์์นํด์์ ์ํ
ํ ์ง๋ง, Throttling์ ํ ์ฐ๊ตฌ๋ Inlet ์กฐ๊ฑด์ผ
๋ก ์ง๋ ์ ๋ ์กฐ๊ฑด์ ์ฌ์ฉํ ๋ค. ์ง๋์ ๋์ ๋ณธ
์ฐ๊ตฌ์ค์์ ์ํ[9]ํ ๋ด๋ถํ ํํ ์ถ๋ ฅ๊ธฐ์ ๊ณต
์ ๋๊ณผ ๋์ผํ 50 g/s๋ก ์ค์ ํ ์ผ๋ฉฐ, ๋ ธ์ฆ
๋ชฉ ๋ฉด ๋น๋ฅผ ๊ธฐ ์ค๊ณ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด (44.025
)์ ๋นํ์ฌ 100%, 71.2%, 42.8%๋ก ์ค์ ํ์ฌ
ํด์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ ๋ค.
![Page 7: Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D Nozzle ...](https://reader033.fdocuments.in/reader033/viewer/2022051813/62824026ff8f4964b369762e/html5/thumbnails/7.jpg)
์ 20๊ถ ์ 3ํธ 2016. 6. ๊ณ ๋ ๋ณด์ ์ฉ E-D ๋ ธ์ฆ์ ์ถ๋ ฅ ํน์ฑ์ ํ ์์นํด์ ์ฐ๊ตฌ 93
Fig. 13์ Throttling์ ํ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ด์ฉํ
E-D ๋ ธ์ฆ์ ๊ฒฉ์ ๊ตฌ์ฑ๋๋ก ๊ฒฉ์์๋ ์ฝ 21 ๋ง๊ฐ
๋ก ์ผ๊ฐ๊ฒฉ์์ ์ฌ๊ฐ๊ฒฉ์๋ฅผ ํ์ฉํ์ฌ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ๊ณผ
๋ ธ์ฆ ํฝ์ฐฝ๋ถ์ ๊ฒฉ์๋ฅผ ์กฐ ํ๊ฒ ์์ฑํด์ฃผ์๋ค.
์ธ๋ถ ๊ธฐ ์๋ ฅ์ 1 atm(ํด์๋ฉด)์ผ๋ก ์ค์ ํด์ฃผ์
์ผ๋ฉฐ, ๋๋ฅ ๋ชจ๋ธ์ Spalart-Allmaras ๋ชจ๋ธ์ ์ฌ์ฉ
ํ ๋ค.
Fig. 14๋ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด ๋น์ ๋ฐ๋ฅธ ๋งํ์ ๋ถ
ํฌ์ด๋ค. ํํ์ด ์ฐ์์ค ๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ์ด๋ํ์ฌ ๋ ธ์ฆ
Fig. 13 E-D nozzle grid system for throttling analysis.
Fig. 14 Mach number contour according to pintle
stroke.
๋ชฉ ๋ฉด ๋น๊ฐ ์ด๋ ๊ฒฝ์ฐ, ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ์ ๋น ์ ธ๋๊ฐ๋
์ ๋์ ๋งํ์๊ฐ ์ฆ๊ฐํ ๋ค.
Fig. 15๋ ํํ ๋ฒฝ๋ฉด์ ์๋ ฅ ๋ถํฌ๋ก, 3๊ฐ์ง ํด
์๊ฒฐ๊ณผ ๋ชจ๋์์ ๋์ผํ๊ฒ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ถ๊ทผ์ ์ถฉ๊ฒฉ
๊ฐ ๋ฐ์ํ ๋ค. ์ด๋ ํํ ๋ท๋ฉด์ ์ฌ์ํ ์ญ
์ ๋์ด ํํ ๋ฒฝ๋ฉด์ ๋ฐ๋ผ ํ๊ณ ํ๋ฌ๋ด๋ ค์ค๋ฉด์
๊ธฐ(wedge)์ญํ ์ ํ์ฌ ์ถฉ๊ฒฉ ๊ฐ ์์ฑ๋ ๊ฒ์ผ
๋ก ๋จ๋๋ค. ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด ๋น๊ฐ ์ด๋ค๊ฒ ๋๋
๊ฒฝ์ฐ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ถ๊ทผ์์ ํ์ฑ๋๋ ์ถฉ๊ฒฉ ์ ๊ฐ๋
๊ฐ ์ฝํด์ง๋ ๊ฒ์ ํํ ๋ฒฝ๋ฉด ์ ์ ๋ถํฌ๋ฅผ
ํตํด ์ ์ ์๋ค. ํ ํํ ๋ฒฝ๋ฉด์์ ํ์ฑ๋๋
์ถฉ๊ฒฉ ์ ๊ฐ๋๊ฐ ํํ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด ์ด ๊ฐ์ํ ์
Fig. 15 Static pressure distribution according to pintle
stroke (Pintle wall).
Fig. 16 Static pressure distribution according to pintle
stroke (Nozzle wall).
![Page 8: Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D Nozzle ...](https://reader033.fdocuments.in/reader033/viewer/2022051813/62824026ff8f4964b369762e/html5/thumbnails/8.jpg)
94 ํฉํฌ์ฑ โค ํํ์ผ ํ๊ตญ์ถ์ง๊ณตํํ์ง
Throat
Area
[bara]
Thrust
[N]
Aero-
dynamic
load
[N]
100% 4.92 10.08 0.465 61.73
71.2% 6.90 12.12 0.561 99.57
42.8% 11.46 14.43 0.668 184.59
Table 5. Performance of E-D nozzle according to
pintle stroke.
๋ก ์์์ง๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ๋ค.
ํํ ์๋ฉด์์ ์์ฑ๋ ์ถฉ๊ฒฉ ๋ก ์ธํ์ฌ Fig.
16์์ ๋ณด๋ฏ ๋ ธ์ฆ ๋ฒฝ๋ฉด์ ๊ฒฝ๊ณ์ธต ๋ถ๋ฆฌ ๊ฑฐํ์ด
ํ์ฑ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๋ ธ์ฆ ๋ฒฝ
๋ฉด ์๋ ฅ ๋ถํฌ๋ ์ ์ ๊ณ ๋ ๋ณด์ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ํ
ํ ๋ ํด์๋ฉด ์กฐ๊ฑด์ ๋ ธ์ฆ ์ ์ ๋ถํฌ(Fig. 12)์
๋์ผํ ๊ฒฝํฅ์ฑ์ ๊ฐ์ง๋ค. ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ์ ๋น ์ ธ๋์ค๋
์ ๋์ ๋งํ์๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ถฉ๊ฒฉ ์ ๊ฐ๋
๊ฐ ์์์ง๊ฒ ๋์ด ๊ฒฝ๊ณ์ธต ๋ถ๋ฆฌ ๊ฑฐํ์ด ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ
๋ฉด ์ด ์์์ง์๋ก ๋ ธ์ฆ ์ถ๊ตฌ ์ชฝ์ผ๋ก ์ด๋ํ์ฌ
ํ์ฑ๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
Table 5์์ ๋ณด๋ฉด ์ผ๋ฐ ์ธ ํํ ์ถ๋ ฅ๊ธฐ์ ๋
์ผํ๊ฒ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด ์ด ๊ฐ์ํ ์๋ก E-D ๋ ธ์ฆ์
์ฐ์์ค ์๋ ฅ์ด ์ฆ๊ฐํ ์ผ๋ฉฐ, ์ถ๋ ฅ ์ญ์ ์์นํ
๋ค. ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด ๋น๊ฐ ์ฝ 42.8%๋ก ๊ฐ์ํ ๊ฒฝ์ฐ
์ฐ์์ค ์๋ ฅ์ ์ฝ 2.3๋ฐฐ ์ฆ๊ฐํ ์ผ๋ฉฐ, ์ถ๋ ฅ์
์ฝ 1.4๋ฐฐ ์ฆ๊ฐํ ๋ค. ํ์ง๋ง ์ฐ์์ค ์๋ ฅ์ด ๋
์์ง์ ๋ฐ๋ผ ํํ์ ๊ณต๋ ฅํ ์ญ์ ์ฝ 3๋ฐฐ ์ฆ๊ฐ
ํ ๋ค.
4. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ณ ๋ ๋ณด์ ๋ ธ์ฆ์ ํ ์ข ๋ฅ์ธ
E-D ๋ ธ์ฆ์ ์์น ํด์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ ๋ค. ์ฐ
์์ค ์๋ ฅ์ ๋์ผํ๊ฒ ์ ์งํ๊ณ ์ธ๋ถ ๊ธฐ ํ๊ฒฝ
์กฐ๊ฑด์ ๋ณ๊ฒฝํ์ฌ ๊ณ ๋ ๋ณด์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ํ์ธํ ๊ณ
E-D ๋ ธ์ฆ์ Throttling์ ํ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ
๋ค.
์ฐ์์ค ์๋ ฅ์ ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์งํ ํ, ์ธ๋ถ ๊ธฐ
ํ๊ฒฝ์ ๋ณ๊ฒฝํ์ฌ ์ด 3 ๊ฐ์ง(ํด์๋ฉด, ๊ณ ๋ 10 km,
๊ณ ๋ 16 km)์ ํด์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ ๋ค. ๊ทธ
๊ฒฐ๊ณผ ๊ณ ๋๊ฐ ์์นํ ์๋ก ์ ํจ ๋ ธ์ฆ ์ถ๊ตฌ ๋ฉด
์ญ์ ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ๋ฐ
๋ผ์ ์ถ๋ ฅ์ด ๊ณ ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฆ๊ฐํ ์ผ
๋ฉฐ ์ถ๋ ฅ์ด ์ฆ๊ฐํ์ฌ ์ถ๋ ฅ๊ณ์ ์ญ์ ๊ณ ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐ
ํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฆ๊ฐํ ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๊ณ ๋๊ฐ ์์นํ ์
๋ก ๋ ธ์ฆ์ ํจ์จ์ด ์ข์์ง๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ
์ ์๋ค. ํ์ง๋ง ์ธ๋ถ ๊ธฐ ์๋ ฅ๊ณผ ํํ ๋ฒฝ๋ฉด ์
๋ ฅ์ ์ํ์ฌ ๊ณต๋ ฅํ ์ญ์ ํจ๊ป ์ฆ๊ฐํ ๋ค.
ํ E-D ๋ ธ์ฆ์ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด ์ ๋ณํ์์ผ
Throttling์ ํ ํด์ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ ๋ค. ์ผ
๋ฐ ์ธ ํํ ์ถ๋ ฅ๊ธฐ์ ๋์ผํ๊ฒ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด ์ด
์ด๋ค์๋ก ์ฐ์์ค ์๋ ฅ์ด ์์นํ๋ฉฐ ์ถ๋ ฅ ์ญ์
์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ๋ค. ์ถ๋ ฅ ๊ณ์ ์ญ์ ๋ ธ์ฆ
๋ชฉ ๋ฉด ์ด ์ด๋ค์๋ก ์ฆ๊ฐํจ์ ํ์ธํ ์ง๋ง
์ฐ์์ค ์๋ ฅ์ด ๋์์ง์ ๋ฐ๋ผ ํํ์ ์์ฉํ๋
์๋ ฅํ ์ด ์ฆ๊ฐํ์ฌ ํํ์ ๊ณต๋ ฅํ ์ด ํฐ ํญ
์ผ๋ก ์์นํ ๋ค.
E-D ๋ ธ์ฆ์ ์ฃผ ์ ๋ฐฐ์์ ๋ฐ๋ผ ์ถ๋ ฅ๊ณ์๋ฅผ
๋ณด์ ํ์ฌ ํจ์จ์ ์ฆ ์ํค๊ณ , ํํ ยท ํ์ง์
๋ฐ๋ฅธ ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ฉด ๋ณํ๋ก Throttling์ด ๊ฐ๋ฅํจ์
ํ์ธํ ๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ๊ณ ๊ณ ๋ ํ๊ฒฝ์์ E-D ๋ ธ์ฆ
์ ์ฌ์ฉํ๋ค๋ฉด ๊ณ ๋ ๋ณด์ ์ ํจ๊ณผ์ ์ถ๋ ฅ ์กฐ ์ด
๋ชจ๋ ๊ฐ๋ฅํ๋ฏ๋ก ์ถ๋ ฅ๊ธฐ์ ์ฑ๋ฅ์ ์ฆ ์ํฌ ์
์๋ค. ํ์ง๋ง ํํ ์ด๋ผ๋ ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ด ๋ ธ์ฆ ๋ชฉ ๋ถ
๊ทผ์ ์กด์ฌํ์ฌ ํฐ ๊ณต๋ ฅํ ์ ์ผ๊ธฐํ๋ฏ๋ก ์ถ๋ ฅ
์ฐ์์ค ์๋ ฅ ์กฐ ๊ณผ ๋๋ถ์ด ๊ณต๋ ฅํ ์ ๊ฐ์
์ํค๋ ๋ฐฉ์ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ์ํ ๊ฒ์ผ๋ก ๋จ๋๋ค.
ํ ๊ธฐ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ ๋ถ(๋ฏธ๋์ฐฝ์กฐ๊ณผํ๋ถ)์ ์ฌ์์ผ๋ก
ํ๊ตญ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋จ์ ์ฐ์ฃผํต์ฌ๊ธฐ์ ๊ฐ๋ฐ์ฌ์ ์ง์์
๋ฐ์ ์ํ๋ ๊ฒ์(NRF-2014M1A3A3A02034776).
References
1. Schomberg, K., Doig, G. and Olsen, J.,
![Page 9: Numerical Study on Thrust Characteristics of an E-D Nozzle ...](https://reader033.fdocuments.in/reader033/viewer/2022051813/62824026ff8f4964b369762e/html5/thumbnails/9.jpg)
์ 20๊ถ ์ 3ํธ 2016. 6. ๊ณ ๋ ๋ณด์ ์ฉ E-D ๋ ธ์ฆ์ ์ถ๋ ฅ ํน์ฑ์ ํ ์์นํด์ ์ฐ๊ตฌ 95
โGeometric Analysis of the Linear
Expansion-Deflection Nozzle at Highly
Overexpanded Flow Conditions,โ 50th AIAA/
ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference,
AIAA 2014-4001, Jul. 2014.
2. Schorr, C.J., โConstant Chamber Pressure
Throttling of an Expansion-Deflection
Nozzle,โ Journal of Spacecraft and Rockets,
Vol. 7, No. 7, pp. 843-847, 1970.
3. Schomberg, K., Olsen, J., Neely, A. and
Doig, G, โExperimental Analysis of a
Linear Expansion-Deflection Nozzle at
Highly Overexpanded Conditions,โ 19th
Australasian Fluid Mechanics Conference,
Melbourne Australia, Dec. 2014.
4. World Wide Web location http://www.
bristol.ac.uk/news/2010/7059.html/
5. Wagner, B., Stark, R. and Schlechtriem, S.,
โExperimental study of a planar expansion-
deflection nozzle flow field,โ 4th EUROPEAN
CONFERENCE FOR AEROSPACE SCIENCE,
Saint Petersbrug, Russia, Jul. 2011.
6. Lee, J., โA Study on the Static and
Dynamic Characteristics of Pintle-Perturbed
Conical Nozzle Flows,โ Ph.D. Dissertation,
Dept. of Mechanical Engineering, Yonsei
Univ., Seoul, ROK, 2012.
7. Kim, J., โStudy on the effects of pintle
shapes and position in nozzle flowfield,
and thrust in a solid rocket motor with
pintle nozzle,โ Ph.D. Dissertation, Dept. of
Mechanical Design Engineering, Chungnam
Univ., Daejeon, ROK, 2011.
8. Choi, J., Hwang, H. and Huh, H.,
โTechnology Review of and E-D Nozzle
for Altitude Compensation Purpose,โ 2015
The Korean Society of Propulsion Engineers
Spring Conference, Pusan, Korea, pp. 80~83,
May. 2015.
9. Hwang, H. and Huh, H., โExperimental
Study on Unsteady-state Characteristics of
a Pintle Thruster with Variable Pintle
Speeds,โ Journal of The Korean Society for
Aeronautical and Space Sciences, Vol. 44, No.
3, pp. 247-255, 2016.