[항공 우주 공학]초음속 유동에서의 포탄 형상의 압력 계수 계산

소개

[항공 우주 공학]초음속 유동에서의 포탄 형상의 압력 계수 계산 자료입니다.

목차

1. 개요

2. 이론
1) 팽창파
2) 충격파
3) 할선법

3. 계산 과정

4. 고찰

5. 참고문헌

본문내용

1. 개요
아음속 유동의 경우와 초음속 유동의 경우 해석 방법은 완전히 달라진다. 초음속 흐름에서 발생하는 충격파와 팽창파 등의 현상으로 인해서 흐름의 압력, 온도, 밀도, 음속 등이 변화하게 된다.
따라서 고속으로 공기 중을 비행하는 물체에 대해서는 이와 같은 것들을 고려해서 유동을 해석해야 한다. 이제 포탄 형상을 가진 물체가 초음속 흐름에서 표면에 어떠한 압력 분포를 갖는지 해석해보기로 한다.

2. 이론
Freestream의 마하수가 3인 초음속 흐름에서 포탄은 형상에 따라서 충격파 또는 팽창파가 발생하고 그에 따라서 마하수 및 압력, 온도, 밀도 등이 바뀐다.
1) 충격파
수직 충격파를 지나기 전의 유동을 1, 충격파를 지난 후의 유동을 2라고 하면 다음의 방정식이 성립한다.
2. 팽창파
팽창파는 충격파와 달리 유동의 흐름이 완만하게 변한다. 다음 그림과 같이 유동의 흐름이 완만하게 변화하는 영역을 Expansion Fan이라고 부른다.
3) 할선법 (Secant Method)
주어진 예제의 목 면적비에 대한 마하수를 구해야 하는데, 비선형 식이므로 Analytic한 해를 구하기가 어려우므로 수치해석 기법에 의해서 Iteration을 통해서 값을 비교적 간단히 구할 수 있다. 선형 보간 식을 이용해서 해를 구하는 방법인 할선법을 이용해서 해를 구하고자 한다.
4. 결과 및 고찰
이번 과제는 포탄이 M=3의 속도로 비행할 때의 압력과 그에 따른 압력계수분포를 측정하는 내용이었다. 이 과제의 해결을 위해서는 충격파와 팽창파가 어떤 조건일 때 생기는지를 파악해야 하는데 포탄에서는 유동의 흐름이 포탄의 Nose 부분에 진입할 때만 양의 각을 가지고 흐르게 되며 그 이후로는 꺽임 각을 가지면서 흐르게 된다. 즉 초음속 유동일 때 Nose부분에서만 충격파가 발생하고 그 이후로는 팽창파가 흐르게 된다는 것이다. 이러한 사실을 가지고 각 지점에서의 마하수, 압력, 그리고 압력계수를 구하게 되었다.

참고자료

· 1) 비행동역학의 이해, 박춘배, 한국항공우주학회, 2004, p61~71
· 2) Fundamentals of Aerodynamics, John D. Anderson, McGrowHill, 2006 P338~340,
· 3) www.stlouishelo.org/Power Required.pdf
· 4) http://web.mit.edu/16.unified/www/SPRING/propulsion/UnifiedPropulsion4/Unified Propulsion4.htm
· 5) http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node97.html
· 6) http://maincc.hufs.ac.kr/~jwbong/sense/weight.htm