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자료명/저자사항
차세대 극초음속 스크램제트엔진의 성능 향상 및 최적화 연구 / 한국항공우주연구원 인기도
발행사항
대전 : 한국항공우주연구원, 2011
청구기호
전자형태로만 열람 가능함
자료실
전자자료
내용구분
연구자료
출처
외부기관 원문
면수
105
제어번호
MONO1201225925
주기사항
연구책임자: 양수석
원문
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표제지

목차

요약문 3

SUMMARY 5

CONTENTS 7

제 1 장 서론 15

제 1 절 기술개발의 필요성 15

제 2 절 기술개발의 목표 및 범위 17

제 2 장 국내외 기술개발 현황 19

제 1 절 국내 기술개발 현황 19

제 2 절 해외 기술개발 현황 22

제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 24

제 1 절 수소 스크램제트 엔진 비연속식 풍동시험 24

1. 스크램제트 엔진 설계 24

2. 시험조건 변경 및 시험모델 제작 26

3. 시험계획 36

4. 시험 모델 준비 및 T4 shock tunnel 장착 38

5. Shakedown test 43

6. 추력 노즐 변화에 따른 스크램제트 엔진 성능 46

7. 결론 59

제 2 절 마하 5.0 SETF 시동 성능 60

1. 스크램제트 엔진 시험설비 60

2. M5.0 시험 환경 조성 61

3. M5.0 SETF 시동 성능 62

4. 결론 65

제 3 절 탄화수소 스크램제트 엔진 공력 시험 66

1. 탄화수소 스크램제트 엔진 설계 66

2. 실험 장치 및 실험 방법 86

3. 실험 결과 89

4. 결론 95

제 4 절 결론 96

제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외 기여도 98

제 5 장 연구개발결과의 활용계획 100

제 6 장 참고 문헌 101

표 2.1.1. 서울대학교 극초음속 충격파 터널 제원 19

표 3.1.1. Transducers at Bodyside (Baseline) 32

표 3.1.2. Transducers at Cowlside (Baseline) 32

표 3.1.3. Body side, Cowl side sensor distance variation with nozzle change 33

표 3.1.4. Pitot transducers at Nozzle exit 34

표 3.1.5. KARI Scramjet Test Plan, 2011 36

표 3.1.6. Nominal T4. input condition 43

표 3.2.1. Starting Condition of SETF 62

표 3.3.1. 탄화수소 스크램제트 엔진의 설계 조건 67

표 3.3.2. 재료의 두께에 따른 온도 및 항복강도 분포 82

표 3.3.3. 탄화수소 스크램제트 엔진 test matrix 88

표 3.3.4. Time-averaged pressure data 90

그림 2.1.1. 서울대학교 극초음속 충격파 터널 19

그림 2.1.2. 경북대학교 램제트 엔진 시험설비 20

그림 2.1.3. 국내 최초 독자설계를 통해 초음속 연소에 성공한 항우연의 S1. 스크램제트 엔진모델 20

그림 2.1.4. Schematic of physical model and computational domain 21

그림 2.1.5. Pressure contours in the internal region of scramjet engine 21

그림 2.1.6. 연소효율 96%로 개선된 항우연의 스크램제트 엔진연소기 21

그림 2.1.7. 항우연이 독자설계한 순추력 285N, 마하 7.7. 스크램제트 엔진 21

그림 3.1.1. Configuration of KARI Scramjet engine, 2011 25

그림 3.1.2. T4. shock tunnel Composition 26

그림 3.1.3. 스크램제트 엔진 단면 27

그림 3.1.4. Body side fuel injector and cavity 28

그림 3.1.5. Cowl side fuel injector and cavity 28

그림 3.1.6. Baseline 29

그림 3.1.7. Expansion angle variation 29

그림 3.1.8. Expansion ratio variation 30

그림 3.1.9. Nozzle side wall effect 30

그림 3.1.10. Expansion characteristics 31

그림 3.1.11. Static pressure sensor location 31

그림 3.1.12. Pitot rakes 33

그림 3.1.13. Kulite Transducer 34

그림 3.1.14. PCB Transducer 34

그림 3.1.15. 스크램제트 엔진 설계/제작 35

그림 3.1.16. Scramjet engine in T4. test section 37

그림 3.1.17. Fuel plenum chamber at Cowl 38

그림 3.1.18. Pipe line between fuel chambers 38

그림 3.1.19. Installation of supporter and top wall 39

그림 3.1.20. Connection between engine body and top wall 39

그림 3.1.21. Installation of pressure transducers 40

그림 3.1.22. DAQ system of T4 40

그림 3.1.23. Scramjet engine(front) 41

그림 3.1.24. Scramjet engine(Back) 41

그림 3.1.25. Model scramjet engine horizontal angle confirm 42

그림 3.1.26. Static pressure distribution of baseline configuration for proper equivalence ratio condition 44

그림 3.1.27. Control volume and terminology used in the net thrust equation 46

그림 3.1.28. 피토 압력 계산 47

그림 3.1.29. Pitot rakes at nozzle exit 47

그림 3.1.30. Pressure distribution at bodyside of Baseline 48

그림 3.1.31. Pressure distribution at cowlside of Baseline 48

그림 3.1.32. Pitot pressure distribution at nozzle exit of baseline 49

그림 3.1.33. Normalized pitot pressure distribution in the nozzle of the engine 50

그림 3.1.34. Normalized Pressure distribution at bodyside of Baseline 51

그림 3.1.35. Normalized Pressure 51

그림 3.1.36. Normalized thurst coefficient of Nozzle expansion ratio variation 51

그림 3.1.37. Normalized static pressure distribution at bodyside of engine with nozzle expansion angle 52

그림 3.1.38. Normalized thurst coefficient of Nozzle expansion ratio variation 53

그림 3.1.39. 10° 53

그림 3.1.40. 15° 53

그림 3.1.41. 20° 54

그림 3.1.42. 25° 54

그림 3.1.43. Configuration of Nozzle inlet corner 55

그림 3.1.44. Normalized static pressure distribution at bodyside of engine with nozzle expansion corner 55

그림 3.1.45. Normalized pitot pressure distribution with Nozzle inlet corners 56

그림 3.1.46. Normalized thurst coefficient of Nozzle inlet corner variation 56

그림 3.1.47. Pitot rake for Half side wall at nozzle 57

그림 3.1.48. Normalized pitot pressure distribution with sidewall variation 58

그림 3.1.49. Normalized thurst coefficient of Nozzle sidewall variation 58

그림 3.1.50. Normalized thurst coefficient of Nozzle configuration variation 59

그림 3.2.1. 스크램제트 엔진 시험설비(SETF) 60

그림 3.2.2. SETF M 5.0. 노즐 및 디퓨저 연장부 61

그림 3.2.3. Ejector performance prediction 63

그림 3.2.4. M 5.0. 시동 특성 64

그림 3.2.5. SETF 시동 압력비 65

그림 3.3.1. backward-facing cavity 형상 및 주요 유동 현상 68

그림 3.3.2. 흡입구 유동에서 각 기호의 정의 69

그림 3.3.3. 흡입구 설계 결과 (폭은 70. mm임) 70

그림 3.3.4. 분사 노즐 형상 73

그림 3.3.5. Jet-A의 ignition delay [4] 74

그림 3.3.6. Jet-A의 ignition delay [5] 74

그림 3.3.7. 설계된 cavity flame holder 형상 75

그림 3.3.8. 제작된 cavity flame holder 사진 75

그림 3.3.9. 연소기의 준일차원 모델 해석 결과 79

그림 3.3.10. 고온에서 탄소강의 항복 강도 변화 [10] 81

그림 3.3.11. 압력 탭 위치 도면 및 제작 실물 84

그림 3.3.12. 탄화수소 스크램제트 엔진 외형도면 및 제작 85

그림 3.3.13. SeTF의 전체 레이 아웃 86

그림 3.3.14. 시간에 따른 벽압력 데이터 변화 89

그림 3.3.15. 위치에 따른 벽압력 데이터의 평균값 91

그림 3.3.16. 연소기의 확관부의 각도 변화에 따른 벽압력 분포 92

그림 3.3.17. 공동 길이 변화에 따른 벽압력 변화 92

그림 3.3.18. 공동 내부 및 직후 부분의 압력 탭 위치 93

그림 3.3.19. 연료 분사에 따른 벽압력 변화 94

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