노즐 탭과 노즐 내부 낮은 돌출부가 초음속 제트유동장에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

축 대칭 원형노즐 출구에 삼각형 형태의 작은 탭이나 얇은 테이프가 부착되었을 때 나타나는 초음속 제트유동장의 변화에 관한 연구가 쉴리렌 영상과 피토압력 측정을 통하여 수행되었다. 노즐 출구면적의 1 %에 해당하는 작은 탭에서 나타나는 유동방향 와류에 의한 제트유동 변화는 유동이 과소팽창 될 때 완전팽창과 과대팽창의 경우에 비하여 더 크게 나타나며 이로 인한 유동유입이 더 크게 나타남을 알 수 있었다. 탭의 설치각도 변화에 의한 영향도 평가되었으며, 유동이 과대팽창 될 때 노즐 안으로 구부러진 탭의 설치가 충격파의 간섭강도를 약화시키고 이로 인한 마하디스크의 소멸현상을 관찰할 수 있었다. 아울러 노즐내부 낮은 높이의 돌출부가 후방 유동장의 원주방향으로 압력변화를 나타내고, 이러한 압력변화는 유동의 팽창 정도에 영향을 받음을 알 수 있었다. The effects of vortex generators, in the form of small delta-shaped tabs or thin tapes at an axi-symmetric supersonic nozzle exit, on the characteristics of supersonic jet flowfields are investigated by Schlieren images and Pitot-tube measurements. Small tabs as small as 1 % of the nozzle exit area can introduce streamwise vortices and produce a significant effect on the jet flowfield downstream of the nozzle. The effect is stronger for the cases of under-expanded jet than over- and perfect-expanded cases, introducing a larger flow entrainment. The effects of the angle of tabs with respect to the flow direction are also investigated, and for over-expanded jet cases, it is found that the tabs bended toward upstream can weaken the interaction strength and remove the Mach disc in the jet flowfield. Introduction of small proturbances inside the nozzle surface by attachment of thin tapes is also found to change the pressure distribution in the circumferential direction of the flowfield. Its effect is also found to be dependent on the jet expansion ratio.