아음속 캡슐트레인 아진공(0.001atm) 튜브 주행 공력 실험장치 설계를 위한 차원해석 및 이론적 분석

초록

아진공(0.001atm) 튜브 내부에서 아음속(Mach<1)으로 주행하는 캡슐차량(capsule train)에 미치는 공기저항력을 계측하기 위하여 축소모형 공력 실험에 필요한 차원해석(dimensional analysis)을 수행하여 공력 현상을 지배하는 무차 원수(dimensionless parameter)를 조사하였다. 아진공 튜브 실험에서 캡슐차량의 공기저항력은 기하학적 상사(Geometric similarity), Mach 수 상사, Reynolds 수 상사와 함수관계임이 조사되었다. 또한 아진공 공력 실험장치를 설계하기 위하여 아음속으로 주행시 발생되는 전두부 압축파(compression wave) 및 후미부 충격파(normal shock)가 튜브 내부에서 미치는 거리를 분석하기 위하여 2차원 k-？ RANS 기반의 압축성 유동해석을 수행하였다. 캡슐차량의 속도를 100~320 m/ sec까지 증속시키며 조사하였으며, 캡슐차량 전방에서는 튜브 직경의 약 2 50배, 후방에서는 튜브 직경의 약 12 0배에서 다시 정상 튜브 압력으로 회복되는 것으로 조사 되어 후방 영역의 충격파보다 전방영역의 압축파가 더욱 길게 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 이를 바탕으로 아진공 공력실험장치 개념 설계(안)이 제시되었다.

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