충격파 터널에서의 다중 온도 기반 유동 해석

Abstract

극초음속 비행체는 고 엔탈피 유동을 비행하게 되는 데, 빠른 속도와 고온의 영향으로 해리 반응 및 이온화 반응 등의 실기체 영향과 열화학적 비평형 현상이 나타나게 된다. 이러한 실기체 영향과 비평형 현상은 비행체 선두부의 충격파의 위치와 세기, 그리고 두께에 영향을 끼치게 된다. 그러나 아직까지 복잡한 물리적 기제에 대한 이해가 부족하다. 이를 위해 이론적 연구와 동시에, 지상 시험 장비를 활용한 실험, 그리고 수치 모사가 진행되어왔다. 본 연구에서는 이 중, 수치 모사에 대한 연구를 진행하였다. 기존의 수치 코드는 상용 충격파 코드인 L1d 코드와 노즐 코드인 NOZNT 코드 등이 있다. 그러나 L1d 코드의 경우 비평형 현상에 대한 고려가 부족하며, 노즐 코드인 NOZNT 코드의 경우, 충격파관을 계산하지 못한다는 단점이 있다. 본 연구에서는 다중 온도를 사용하여 비평형 현상이 고려된 충격파 터널의 코드 개발을 진행하여, 향후 실험 시 충격파 터널을 더 효과적이고 효율적으로 운용하게 하는 데에 목적이 있다. 개발된 코드의 검증은 총 다섯 가지로 진행되었다

충격파관 형상 및 노즐 형상 각각에 대해, 분석적 해와의 검증 및 실험 결과와의 비교를 통한 비평형 계산 검증을 진행하였다. 또한 KAIST 충격파 터널 실험 결과와의 비교를 통해 전체 형상에 대한 검증을 진행하였다.