점성 경계층과 천이 현상을 고려한 스크램제트 2차원 흡입구 최적 형상에 관한 연구 (A Study on Optimal Geometry of Scramjet 2D Intake Considering Viscous Boundary Layer and Transition Phenomena)

서지정보

· 발행기관 : 한국항공우주학회
· 수록지 정보 : 한국항공우주학회지 / 51권 / 9호 / 589 ~ 602페이지
· 저자명 : 강선오, 박재영, 박동훈

초록

이중 압축램프 타입의 2차원 스크램제트 흡입구에 대하여 점성 경계층의 존재 및 천이 현상을 고려한 형상 최적화 연구를 수행하였다. 최적화 문제 정의, 실험설계법(DOE) 기반 실험점 생성, RANS 해석을 이용한 흡입성능 지표 획득, 크리깅(Kriging)/심층신경망(DNN) 기법을 이용한 반응면 대리모델 생성과 분석, 선호도 함수기반의 최적해 탐색, 도출된 최적 형상에 대한 성능 평가 순으로 연구를 진행하였다. 완전 난류모델과 극초음속 천이모델을 적용한 해석을 기반으로 최적화를 각각 수행하여, 경계층 천이 현상의 반영 여부가 도출되는 최적 형상과 흡입 성능에 미치는 영향을 평가하였다. 최적 형상들은 램프 표면의 경계층 변위 두께에 의해 램프 각도가 증가하는 효과를 상쇄하기 위해 기준형상 대비 각도가 감소하였다. 천이모델 적용 여부에 따라 흡입구 유동/충격파 구조 및 도출되는 최적형상의 차이를 확인하였으며, 사용한 대리모델에 따라서는 유의미한 결과 차이가 확인되지 않았다. 최적 형상은 설계점 뿐만 아니라 탈설계점에서도 기본형상 대비 개선된 흡입성능을 나타내었다.

영어초록

A study of geometry optimization is conducted for a double compression-ramp type two-dimensional scramjet intake, considering the presence of a viscous boundary layer and its transition phenomena. The research is carried out in the following order: defining the optimization problem, generating data points based on the design of the experiment (DOE), obtaining intake performances using RANS analysis, generating and analyzing the surrogate model of response surface using Kriging/Deep Neural Network (DNN), finding the optimal solution based on the desirability function, and evaluating the performance of the resulting optimal geometries. The optimization is performed respectively based on the analyses using the fully turbulence model and the hypersonic transition model to evaluate the influence of the boundary layer transition phenomenon on the optimized geometry and intake performance. The optimal geometries have a smaller ramp angle compared to the baseline geometry to compromise the increase in the effective ramp angle due to the effect of displacement thickness of boundary layer on the ramp surface. Differences in the flow/shock-wave structure and optimal geometries are identified depending on the application of the transition model, and no significant differences in results appear depending on the surrogate model employed. The optimal geometries show improved intake performance compared to the baseline geometry, not only at the design point but also at off-design conditions.

참고자료

· 없음