충격파관에서의 극초음속 정체 유동 특성 연구Study of hypersonic stagnation flow in a shock tube

Cited 0 time in webofscience Cited 0 time in scopus
  • Hit : 423
  • Download : 0
우주 발사체의 재진입 상황에서 발생하는 마하 20 이상의 극초음속 환경에 대한 연구는 1960년대 이후로 활발히 진행되어 왔다. 반면 마하 10 이하의 속도로 지구 대기권 내에서 순항하는 비행체는 다양한 초음속 추진 기관의 발전 따라 2010년도 이후로 현재까지도 활발히 개발이 진행되고 있다. 대기권 내에서 마하 10 이하의 속도를 가지는 극초음속 비행체의 정체점 환경에 대한 정확한 모사나 열화학적 및 물리적 현상에 대한 이해는 아직 공개된 바 없으나 비행체 개발에 있어 중요한 문제이다. 본 연구에서는 지상 시험 장비인 충격파관을 사용하여 마하 10 이하의 극초음속 비행체 선두부의 정체점 유동 환경을 모사함과 동시에, 비행체의 표면 상태를 모사할 수 있는 세가지 기법이 도입되었다. 충격파관에서 끝단벽과 반사충격파 사이에서 형성되는 조건 5를 비행체 선두부의 유동 환경으로 모사하였다. 끝단벽의 표면 물질 모사를 위해 열차폐 재료에서 사용되는 탄소, 규소 및 산소로 구성된 코팅재를 사용하였으며, 비교 실험을 위해 스테인레스 스틸로 제작된 끝단벽을 사용하였다. 실제 비행체에서 공력 가열을 통해 온도가 상승한 표면을 모사하기 위해 전열선을 이용한 끝단벽 가열 기법을 개발하였으며, 이를 통해 표면 온도를 1000 K으로 상승시켰다. 그리고 삭마 현상에 의한 표면 거칠기 변화를 모사하기 위해 사포를 사용하여 거칠기를 변화시켰다. 이러한 표면의 재질, 온도, 거칠기의 변화가 기체-표면 간의 화학 반응과 복사에 미치는 영향을 관찰하였다. 유동 가시화 기법을 통해 표면에서 발생하는 물리·화학적 양상을 관찰하고 이를 UV에서 가시광 파장 대역에서의 방출 분광 분석 기법을 통하여 열·화학적 특성을 파악하였다. 유동 가시화 기법을 통해 거친 탄소 표면 실험에서 표면 물질이 유동 속으로 빠르게 침투하는 것을 확인하였다. 유동 속으로 침투한 입자들은 입자 구름을 형성하였으며, 극히 짧은 시간 내에도 주변 유동의 온도에 의해 가열되어 강한 흑체 복사을 내는 것이 확인되었다. 이러한 입자 구름에서 발생한 발광은 가시광 파장 대역에서의 총 복사 세기에서 큰 비중을 차지하는 것이 관찰되었다. 나트륨, 칼륨, 그리고 칼슘은 탄소 코팅 물질에 극소량 함유되어 있으며, 거친 탄소 표면 끝단벽 실험에서 더 강한 방출선을 내는 것이 확인되어 표면 물질의 유동 침투 현상이 원자 수준에서 도 일어남을 확인하였다. 가열된 탄소 표면에서 OH 분자의 A-X 천이에 의한 분자 방출선의 세기가 약화되는 것이 관찰되어 뜨거운 표면에서는 차가운 표면과는 다른 화학 반응이 있을 것으로 예측되었다. 마하 20 이상의 유동 환경에 비해 활발한 표면 화학 반응은 관찰되지 않았고, CN 등의 강한 가시광 복사원도 관찰되지 않았으나, 표면에서 떨어져 나온 입자들에 의한 흑체 복사가 전체 복사량에서 큰 영향을 차지하는 것이 관찰되었다.
Advisors
박기수researcherPark, Gi Suresearcher
Description
한국과학기술원 :항공우주공학과,
Publisher
한국과학기술원
Issue Date
2018
Identifier
325007
Language
kor
Description

학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 항공우주공학과, 2018.8,[vi, 74 p. :]

Keywords

충격파관▼a정체점 환경 모사▼a복사; Shock tube▼astagnation point environment replication▼aradiation

URI
http://hdl.handle.net/10203/267280
Link
http://library.kaist.ac.kr/search/detail/view.do?bibCtrlNo=828666&flag=dissertation
Appears in Collection
AE-Theses_Master(석사논문)
Files in This Item
There are no files associated with this item.

qr_code

  • mendeley

    citeulike


rss_1.0 rss_2.0 atom_1.0