小型高温电弧射流风洞装置结构及初始性能评价研究

IF 0.2 Q4 ENGINEERING, AEROSPACE

Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences Pub Date : 2023-10-31 DOI:10.5139/jksas.2023.51.10.677

Ilsung Choi, Sungmo Yang, Dongha Shin, Hyeonsuk Lee, Sangha Park, Gisu Park

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摘要

本研究构建了用于热保护系统性能评价的小型高温ark - jet风洞装备(30千瓦级)，并进行了性能评价的流动特性测定及分析。小型ark - jett设备使用Huels-type ark发生器，喷嘴出口直径28毫米的超音速喷嘴。本设备的流动特性测定实验是在试验气体氮的质量流量1.03 g/s、供给电流85 A的条件下进行的，利用电弧柱的压力和直径10毫米的圆柱形状的皮托管以及花冠盖测量了皮托压力和停滞点热流速。在本流动特性测定实验中，电弧柱压力、皮托压力和热流速分别测定为32.6 kPa、4.39 kPa和1.99 MW/m²。从本测量数据中预测的质量平均日元蜕皮和中心部位蜕皮分别为3.22 MJ/kg和10.9 MJ/kg，喷嘴出口流动为3.7 mar，压力和温度分别为250 Pa和920 K。本小型装备的性能预测结果通过与海外大型ark - jet风洞装备的运用范围进行比较，确认了利用本装备可以模拟大型装备的部分可试验领域。

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A Study on the Configuration and Initial Performance Evaluation of Small-Scaled High-Temperature Arc-Jet Wind Tunnel Facility

본 연구에서는 열 보호 시스템 성능 평가를 위한 소형 고온 아크-제트 풍동 장비(30 kW급)를 구축하였고 성능 평가를 위해 유동 특성 측정 및 분석을 수행하였다. 구축된 소형 아크-제트 장비는 휼스형(Huels-type)아크 발생기를 이용하였고, 노즐 출구 직경 28 mm의 초음속 노즐로 구축되었다. 본 장비의 유동 특성 측정 실험은 시험 기체인 질소의 질량유량 1.03 g/s, 공급 전류 85 A 조건 하에 수행되었으며, 아크 기둥의 압력과 직경 10 mm의 원기둥 형상의 피토관과 가든 게이지를 이용하여 피토 압력과 정체점 열유속을 측정하였다. 본 유동 특성 측정 실험에서 아크 기둥 압력, 피토 압력과 열유속은 각각 32.6 kPa, 4.39 kPa, 1.99 MW/m²로 측정되었다. 본 측정 데이터로부터 예측된 질량평균 엔탈피와 중심부 엔탈피는 각각 3.22 MJ/kg과 10.9 MJ/kg로 나타났으며, 노즐 출구 유동은 250 Pa, 920 K의 정압력과 온도를 갖는 마하 3.7 유동으로 예측되었다. 본 소형 장비의 성능 예측 결과를 해외 대형 아크-제트 풍동 장비들의 운용 범위와 비교를 통해 본 장비를 이용하여 대형 장비의 시험 가능 영역의 일부를 모사할 수 있음을 확인하였다.

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