전산해석을 통한 ED 노즐 굴절부 설계 변수 분석

초록

Expansion-Deflection(ED) 노즐은 노즐 내부에 핀 틀이 결합된 노즐로, 핀틀에 의해 핀틀 후단에 재순환 영역이 생성되어 노즐 내부 유동의 독특한 구조를 이 룬다. ED 노즐을 사용함으로서 얻는 이점은 재순환 영역 을 통한 고도 보상효과와 더불어, 핀틀과 재순환 영역 을 통한 유동의 급격한 팽창이 가능하여 노즐 팽창부 길이를 벨 노즐에 비해 짧게 설정할 수 있다는 점이 다. 이를 통해 노즐의 중량을 벨 노즐 대비 절감하여 발사체의 구조비를 개선할 수 있다. 이러한 장점을 통해 ED 노즐에 대한 다수의 연구가 진행되었고, 주로 ED 노즐의 핀틀 일부분에 대한 설계 와 그에 따른 노즐 내부 유동 구조에 대해 보고된 바 있다[1-3]. 허나 ED 노즐의 굴절부에 대한 설계와 그 에 따른 발사체의 중량 이득에 대한 연구는 진행된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 ED 노즐의 굴절부의 설계 변 수를 정의하고, 그에 따른 성능 변화를 전산해석을 통 해 확인하였다. 또한 굴절부의 최적 형상을 기반으로 발사체에서 얻을 수 있는 중량 이득을 정량적으로 분 석하여 제시하였다.