이중 유로를 가지는 터보제트 복합추진시스템(TBCC, Turbine Based Combined Cycle)은 터보제트와 램/스크램제트 엔진을 안정적으로 운용할 수 있어야 한다. 터보제트 엔진을 사용하다가 램/스크램제트 엔진을 사용하기 위해서는 모드 천이가 이루어진다. 따라서 안전하게 비행체를 운용하기 위해서는 터보제트 모드와 램/스크램제트 모드, 모드 천이과정에서 안정적인 흡입구 성능이 확보되어야 한다. 본 연구에서는 이중 유로 터보제트 복합추진시스템에서 터보제트 모드와 램/스크램제트 모드에 대해서 운용 마하수와 고도에 따른 흡입구 분석을 진행하였으며, 모드 천이 마하수에서 터보제트 모드와 램/스크램제트 모드, 모드 천이과정에서 흡입구 성능을 분석하여 모드 천이과정에서 흡입구에 발생하는 특성을 분석하였다.
터보제트 유로는 과도한 흡입구 수축비에 흡입구에 유동 박리가 발생하고, 램/스크램제트 유로는 shock-on-lip 조건을 만족하지 못하고 충격파-경계층 상호작용으로 흡입구에 유동 박리가 발생한다. 이는 유효 흡입구 면적 감소를 통해 흡입구 수축비를 증가시키며, 역 압력 구배를 더욱 증가시켜 최종적으로 유동 박리영역을 확장하고 충격파 구조를 변화시킨다. 유동 박리영역 확장으로 인해 흡입구에 유동 질식이 발생하게 되며, 결과적으로 흡입구로 들어오는 질량 유량이나 전압력 회복률이 떨어지게 된다. 이는 불시동으로 이어질 확률이 상승하는 것을 의미한다. 흡입구에 발생한 유동 질식현상을 해소하기 위해 블리드 유동 제어를 적용하여 충격파-경계층 상호작용을 억제하고 경계층 발달을 억제하였다.
고도가 높아짐에 따라서 흡입구 전단 램프에서 경계층이 두껍게 발달한다. 두꺼워진 경계층은 충격파-경계층 상호작용을 강화하여 유동 박리영역이 더욱 발달하게 하며 유효 흡입구의 면적을 감소시켜 최종적으로 흡입구의 성능을 감소시킨다.
복합추진시스템의 모드 천이과정을 해석하기 위해 격자변형 기법을 사용하였다. 직접 생성한 격자와 격자변형을 통해 생성된 격자를 사용해 진행한 정상상태 해석결과가 매우 유사함을 확인했다. 따라서 격자변형 기법을 활용하여 비정상상태 해석에서 스플리터의 움직임을 묘사하여 전산해석을 진행하였으며, 비정상상태 해석에서도 매우 유사한 결과를 얻는 것을 확인했다. 흡입구에 유동 박리영역이 없는 경우, 스플리터 카울이 열리거나 닫히는 경우가 매우 유사함을 확인하였다. 하지만 흡입구에 유동 박리영역이 발달한 상태로 스플리터가 회전할 경우 흡입구의 유동 박리영역이 계속 유지됨을 확인할 수 있었다. 이를 블리드 유동 제어를 적용하여 스플리터가 닫히는 경우에서 유동 박리생성을 억제할 수 있었지만, 이미 발달한 유동 박리 영역을 블리드 유동 제어로 해소할 수는 없었다. 하지만 유동 박리의 크기를 감소하여 흡입구의 성능을 개선하였다.
본 연구에서는 터보제트 모드와 램/스크램제트 모드에 대해 운용 마하수와 고도에 따른 흡입구 성능분석과 모드 천이 마하수에서 터보제트 모드와 램/스크램제트 모드, 모드 천이과정에서 흡입구의 성능분석을 수행했다. 블리드 유동 제어를 통해 충격파-경계층 상호작용을 억제하는 것이 흡입구 성능개선에 중요한 역할을 하는 것을 확인했으며, 모드 천이과정에서 비정상상태 해석의 필요성을 확인했다.