Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences (한국항공우주학회)
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Measurement of Aerodynamic Heating over a Protuberance in Hypersonic Flow of Mach 7

Mach 7 극초음속 유동 내의 돌출물 공력가열 계측

  • 이형진 (서울대학교 기계항공공학부 대학원) ;
  • 이복직 (서울대학교 기계항공공학부 대학원) ;
  • 정인석 (서울대학교 항공우주공학과) ;
  • 김성룡 (한국항공우주연구원) ;
  • 김인선 (한국항공우주연구원)
  • Published : 2009.06.01
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Abstract

An Experimental study was conducted on the flow characteristics and interference heating caused by a two-dimensional object protruding from a flat plate using a blow-down type of hypersonic wind tunnel. Inflow condition was a free-stream Mach number of 7.0 and a unit Reynolds number of $2.0{\times}10^6/m$. Experimental conditions were varied with three heights of protuberance for two flat plate models which have different lengths. Experimental data were obtained from Schlieren visualization images and heat flux measurements. Also, this paper suggests hypersonic experimental techniques such as boundary-layer detection method in detail. A Large separation region was observed in front of the protuberance and that region was very sensitive to the height of protuberance and the length of the flat plate. For only the highest protuberance, a severe jump of heat flux was observed at the top station among the measuring points. Measured heat flux is large when the height of protuberance is large and the length of flat plate is long.

불어내기식 극초음속 풍동을 이용하여 2차원형 돌출물 주위의 유동 및 공력가열 특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 실험의 유입 유동 조건은 마하수 7, 단위 레이놀즈수 $2.0{\times}10^6/m$ 이다. 실험 조건은 길이가 다른 두 개의 평판에 세 가지 돌출물이 높이에 따라 변화되며, 실험데이터는 쉴리렌 이미지 가시화 기법과 돌출물 전면에서의 열유속 게이지를 이용한 열유속 측정을 통해 획득되었다. 또한, 본 논문에서는 경계층 천이 탐지기법과 같은 극초음속 유동 실험 기법도 함께 제시하였다. 실험 결과 돌출물 전방에 큰 박리 영역이 관찰되었으며, 박리 영역은 돌출물의 높이와 평판의 길이에 따라 민감하게 변화 하였다. 가장 큰 돌출물의 경우에서만, 돌출물 상부 측정점에서 열유속 측정치의 급격한 점프가 있는 것으로 관찰되었다. 또한 측정된 열유속은 돌출물의 높이가 크고 평판의 길이가 길수록 증가하는 경향성을 보였다.

Keywords

References

  1. L. G. Kaufman, R. H. Korkegi, and L. C.Morton, "Shock Impingement Caused by Boundary Layer Separation Ahead of Blunt Fins", AIAA Journal, Vol. 10, pp. 1363-1364,1973. https://doi.org/10.2514/3.50590
  2. R., Sedney, "A Survey of the Effect ofSmall Protuberances on Boundary-Layer Flows", AIAA Journal, Vol. 11, pp. 782-792, 1973. https://doi.org/10.2514/3.50520
  3. R., Sedney, "The Structure ofThree-Dimensional Separated Flows in Obstacle,Boundary-Layer Interactions", AGARD ConferenceProceedings No. 168, pp. 37.1 -37.15. 1975.
  4. J. C., Westkaemper, "TurbulentBoundary-Layer Separation Ahead ofCylinders", AIAA Journal, Vol. 6, pp.1352-1355, 1968. https://doi.org/10.2514/3.4747
  5. P. J., Waltrup, D. G. Hall and J. A.Schetz, "Flowfield in the Vicinity of CylindricalProtuberances on a Flat Plate in SupersonicFlow", Journal of Spacecraft, Vol, 5, pp.127-128, 1968. https://doi.org/10.2514/3.29203
  6. A. H. Whitehead, "Flow-Field and DragCharacteristics of Several Boundary-LayerTripping Elements in Hypersonic Flow", NASATN5454, 1969.
  7. R. S. Hiers and W. J. Loubsky, "Effects ofShock-Wave Impingement on the Heat Transferon a Cylindrical Leading Edge", NASA TND-3859, 1967.
  8. L. M. Couch, "Flow-Field MeasurementsDownstream of Two Protuberances on a FlatPlate Submerged in a Turbulent BoundaryLayer at Mach 2.49 and 4.44", NASA TND-5297, 1969.
  9. W. T. Robert, "Hypersonic turbulent boundary layer interference heat transfer in vicinity of protuberance", AIAA Journal, Vol. 3, No. 9, 1965. https://doi.org/10.2514/3.3241
  10. F. T. Hung and J. M. Clauss, "Threedimensional protuberance interference heatingin high speed flow", AIAA-80-0289, 1980
  11. F. T. Hung and D. K. Patel,"Protuberance interference heating in highspeed flow", AIAA-84-39368, 1984.
  12. 최원, 김규홍, 이경태, “발사체 선두부의공력가열현상 특성 연구", 한국항공우주학회지,제30권 제6호, pp. 14-20, 2002. 9.
  13. 김성룡, 이준호, 김인선, 조광래, “KSR-III공력가열 해석 및 비행시험", 한국항공우주학회지, 제32권 제8호, pp. 54-63, 2004. 10.
  14. 오범석, 박정주, “중형과학로켓의 공력가열해석", 한국항공우주학회지, 제27권 제4호, pp.121-127, 1999. 6.
  15. 안원근, 박희호, 황수권, 김유, “액체로켓추력실에서 발생하는 Heat Flux에 관한 실험적연구", 한국항공우주학회지, 제31권 제3호, pp.65-71, 2003. 4.
  16. 김병훈, 박희호, 황수권, 김유, “액체로켓에서 heat flux 측정을 위한 calorimetricchamber의 연구", 한국항공우주학회지, 제31권제4호, pp. 76-81, 2003. 5.
  17. 안원근, 박희호, 황수권, 김유, “노즐 후방 부의 Radiative Heat Flux 측정", 한국항공우주학 회지, 제31권 제5호, pp. 87-92, 2003. 6.
  18. H. Schlichting, and K. Gersten, BoundaryLayer Theory, Springer, 8th Revised andEnlarged Edition, Chapter 15, 2000.
  19. J. R. Strettett, E. L. Morrisette, J. H.Whitehead and R. M. Hicks, "Transition Fixingfor Hypersonic Flow", NASA TN D-4129, 1967.
  20. A H. Whitehead, "Flow-Field and DragCharacteristics of Several Boundary-LayerTripping Elements in Hypersonic Flow", NASATN D-5454, 1969.
  21. G. S. Settles, Schlieren and ShadowgraphTechniques, Springer, 2001.
  22. 이형진, 김성돈, 정인석, 최정열, ShigeruAso, "마하 4 초음속 공기 흡입구 유동 특성에관한 연구", 한국항공우주학회지, 제34권 제10호,pp. 61-70, 2006. 10.

Cited by

  1. Aerodynamic Heating Characteristics Over a Protuberance in Hypersonic Flows Using Fast Response Thermo Gauges vol.11, pp.3, 2010, https://doi.org/10.5139/IJASS.2010.11.3.193