인공위성 플룸과 기저면의 상호 작용에 관한 해석

Abstract

인공위성의 추력기에서 발생되는 플룸과 기저면의 상호 작용에 관한 연구를 직접모사법을 사용하여 실시하였다. 질소와 수소 분자의 충돌에 의한 회전-병진 에너지의 교환을 정확하게 모사하기 위하여 최근에 연구 되어진 질소와 수소 분자의 회전 에너지 이완 모델을 사용하였다. 추력기 플룸과 기저면의 상호 작용 해석을 위하여 플룸 분자들의 수밀도 분포와 회전, 병진 온도 분포, 열전달량, 압력 등에 대하여 다양한 운영 조건에 맞추어 해석을 실시하였다. 그 결과 기저면에서는 질소 분자보다 수소 분자의 분포가 매우 큰 것과, 분포하는 대부분의 수소 분자가 회전 에너지에 대해 비평형 상태로 분포 하는 것을 확인 하였다. 이는 수소 분자의 정확한 회전 에너지 이완 모델의 필요성을 보여주고 있는 결과이며, 본 연구의 경우 가장 최근의 수소의 회전 에너지에 관련된 모델을 사용함으로써 플룸과 기저면의 상호 작용 해석에 대한 정확도를 증진 시켰다. The interaction between thrust plume and satellite base region was investigated by using direct simulate Monte-Carlo calculations. For the accurate simulation of N2 and H2 collisions and rotation-translation transition, a variable soft-sphere model and a recent rotational relaxation model of N2 and H2 were used. For the investigation of the interaction between thrust plume and base region, the number density distribution for each species, translational and rotational temperature distributions, heat flux, and pressure were examined by direct simulation of Monte-Carlo calculations. It was found that most of the surface properties are affected by H2 collisions and a strong non-equilibrium state is observed at the base region. It was demonstrated that an accurate model is needed to simulate H2 collisions and the rotation-translation transition. The results by the present calculation are more accurate than previous direct simulation Monte-Carlo calculations because more accurate rotational relaxation models were used in simulating the inelastic collisions.