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2중 벨 노즐의 유동 천이 거동

전문가 제언: ○ 추진기관에서 노즐의 역할은 추진제가 연소하여 연소실에서의 고온 고압의 형태로 발생한 가스가 충분히 팽창하여, 외부 압력과 유사하게 되어 노즐을 빠져 나감으로서 최대한의 추력을 내도록 하는 일도 한다. 그러므로 노즐 팽창비를 노즐 출구에서의 압력이 대기 즉 외부 압력이 될 때까지 팽창되도록 만드는 것이 이상적이라고 볼 수 있다.

○ 이러한 이상적인 노즐 팽창은 대기권 고도에서 특히 대기 압력이 그다지 변하지 않는 고도에서는 지상에서의 대기 압력을 기준으로 하여 설계하고 시험을 하여 그 결과를 인용하여도 별 문제가 없다. 그러나 고도가 10 km 이상으로 올라가면 공기 밀도가 지상에서의 30% 정도로 떨어지고 압력도 유사한 값으로 떨어져 지상에서 결과를 이용할 수 없게 된다.

○ 그러므로 대기권을 넘나드는 탄도탄 같은 전략유도무기에 사용하는 추진기관은 고도의 상승에 따라 노즐의 형태가 바뀌어야 이상적인 팽창이 되고 최대의 성능을 발휘하게 된다. 즉 지상에서의 이상 팽창으로 설계된 노즐은 고도가 올라가면 아직도 충분히 더 팽창시켜야 외부 압력과 유사하게 되는데 이에 미치지 못한 채로 끝나게 되어 손실이 생기며 고고도에 초점을 맞추어 설계된 것은 낮은 고도에서는 과팽창으로 노즐내로 외부 공기가 유입되며 충격파가 형성되어 손실을 초래하게 된다. 이를 고려하여 이중 벨 노즐이 선정되고 있는 것이다.

○ 독일의 Dirk Schneider 등은 이러한 이중 벨 노즐에 대하여 압력비를 기준으로 박리가 일어나는 위치 등을 수치 모사로 예견하고 실험결과와 비교하고 있는데 천이와 재천이 경우를 조사하고 있다. 우리나라에서는 이중 벨 노즐에 대한 연구가 아직은 시도된 바 없는데 전략적 관점에서 이의 필요성은 충분하다고 판단된다. 고고도 조건을 상정한 설계와 시험 조건과 함께 이중 벨 노즐에 대하여도 산학연에서 연구 개발할 필요성이 대두된다.

저자: Dirk Schneider , Chloe Genin
자료유형: 니즈학술정보