실린더 형상 모델의 동적 특성을 고려한 극초음속 지상 실험

Abstract

본 연구에서는 충격파 터널을 이용해 극초음속 유동장 내에서 회전하는 실린더를 모사하였고, shadowgraph 기법을 이용해 촬영된 이미지를 바탕으로 힘 측정을 수행하였다. 그 결과 실린더 형상 모델이 유동장의 속도 대비 낮은 회전수로 회전할 경우 힘 계수에 회전수의 영향은 자세각의 영향 대비 매우 작은 것으로 나타났다. 실린더의 항력은 높은 받음각에서 근사 이론을 이용해 예측된 항력 계수와 부합하는 결과를 얻었으나, 낮은 받음각에서는 이론에서 예측된 극소값을 가지지 않았으며, 받음각 0도에서 90도 범위 안에서는 실린더 형상의 항력계수가 단조증가임을 확인하였다. 또한 실린더의 양력 계수는 낮은 받음각에서는 이론을 통해 예측한 결과와 유사한 경향성을 보이나, 최대 양력 계수는 약 20\% 낮게 측정되었다. 이론치와 측정치의 차이는 실린더의 축방향 힘이 modified Newtonian 이론을 통해 예측한 결과와 현저한 차이를 보이기 때문임으로 확인되었다. 따라서 이를 고려하기 위해 실험 데이터를 바탕으로 피팅을 수행하여 end-over-end 텀블링 운동을 하는 실린더 형상 물체의 평균 항력 계수 식을 제안하였다.