KR20090066127A

KR20090066127A - Testing equipment by using hypersonic flow

Info

Publication number: KR20090066127A
Application number: KR1020070133751A
Authority: KR
Inventors: 정인석; 이복직; 이형진
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-06-23
Also published as: KR100935659B1

Abstract

A testing apparatus using hypersonic flow is provided to form hypersonic flow or high-temperature flow field by using shock wave in order to reproduce actual hypersonic flow and high-temperature flow field. A testing apparatus using hypersonic flow is comprised of a shock wave generator, a nozzle, a testing chamber and a dump tank. The shock wave generator(10) generates shock wave in flow. The nozzle(20) is connected to the shock wave generator to accelerate the flow flowed from the shock wave generator. The testing chamber(30) is combined with the nozzle. The hypersonic flow is supplied to the testing chamber wherein a test model of the hypersonic flow test is installed. The inner space of the dump tank is linked to the testing chamber.

Description

Testing equipment by using hypersonic flow

본 발명은 극초음속 유동을 이용한 실험장치로서, 보다 상세하게는 실험 모델의 실제 환경과 동일한 극초음속유동 조건을 형성하여 극초음속유동 실험을 할 수 있는 극초음속유동을 이용한 실험장치에 관한 것이다.The present invention relates to an experimental apparatus using hypersonic flow, and more particularly, to an experimental apparatus using ultrasonic flow capable of performing a supersonic flow experiment by forming a hypersonic flow condition identical to an actual environment of an experimental model.

일반적으로 극초음속으로 비행하는 비행체나 유도무기, 극초음속유동장 내에서 작동되는 스크램제트 엔진과 같은 극초음속 추진기관 등을 설계하기 위해서는 유체역학자료가 필요하므로, 상술한 비행체나 유도무기, 극초음속 추진기관 등의 실제 유동장 환경과 동일한 조건을 모사하여 유동 실험을 하는 것은 매우 중요하다.In general, hydrodynamic data is required to design a supersonic propulsion engine such as a flying vehicle, guided weapon, or a scramjet engine operated in a hypersonic flow field, and thus, the above-described aircraft, guided weapons, and hypersonic propulsion are required. It is very important to perform the flow experiment by simulating the same conditions as the actual flow field environment of the engine.

그런데 이러한 극초음속유동 실험을 위해 현 실정에서는 일반적인 풍동장치를 이용하고 있지만, 실제 극초음속유동장 환경과 동일한 조건을 모사하기에는 불충분하다. 또한, 일반적인 풍동장치에서 실제 극초음속유동장 조건을 만족시키기 위해서는 전기 가열이나 축열식 페블(Pebble) 등 막대한 비용이 소요되는 공기 가열장치가 필요하기 때문에, 그 규모와 비용이 너무 커 상용화하기에는 어려움이 많다. 더욱이, 상술한 실험장치를 대학 등에서 교육용으로 확보하기에는 현실적으로 불가능하다.By the way, although the current wind tunnel device is used in the present situation for the hypersonic flow experiment, it is insufficient to simulate the same conditions as the actual hypersonic flow field environment. In addition, in order to satisfy the actual ultrasonic flow field conditions in the general wind tunnel device requires an air heater that requires a huge cost, such as electric heating or heat storage pebble (Pebble), its size and cost is too large to be difficult to commercialize. Moreover, it is practically impossible to secure the above-described experimental apparatus for educational use in universities and the like.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 충격파를 이용하여 극초음속 또는 고온의 유동장을 형성함으로써 실제 극초음속 또는 고온의 유동장 조건을 충분히 모사할 수 있는 극초음속유동을 이용한 실험장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, an experiment using ultrasonic flow that can sufficiently simulate the actual supersonic or high temperature flow field conditions by forming a supersonic or high temperature flow field using a shock wave The purpose is to provide a device.

또한 본 발명은 충격파를 이용하여 극초음속 또는 고온의 유동장을 형성함으로써 실내 실험이 가능할 정도로 소형, 저가로 구현될 수 있는 극초음속유동을 이용한 실험장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In another aspect, the present invention is to provide an experimental apparatus using ultrasonic flow that can be implemented at a small, low-cost enough to allow indoor experiments by forming a supersonic or high temperature flow field using a shock wave.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 유동에 충격파를 발생시키는 충격파 발생부와; 상기 충격파 발생부와 연결되어, 상기 충격파 발생부로부터 유입된 유동을 극초음속으로 가속하는 노즐과; 상기 노즐과 연결되어 상기 극초음속유동이 공급되고, 상기 극초음속유동실험의 실험모델이 설치된 실험챔버와; 상기 실험챔버와 연통되는 내부 공간을 갖는 덤프 탱크를 포함하는 극초음속유동을 이용한 실험장치를 개시한다.The present invention to solve the above problems is a shock wave generating unit for generating a shock wave in the flow; A nozzle connected to the shock wave generator, for accelerating the flow introduced from the shock wave generator at an ultrasonic speed; An experimental chamber connected to the nozzle to supply the ultrasonic flow, and to which the experimental model of the ultrasonic flow experiment is installed; An experimental apparatus using ultrasonic flow including a dump tank having an internal space in communication with the test chamber is disclosed.

상기 충격파 발생부는, 고압의 제1유체가 든 고압실과; 상기 고압실과 연결되고, 저압의 제2유체가 든 저압실과; 상기 고압실과 상기 저압실을 차단시키거나, 상기 고압실과 상기 저압실을 연통시켜 충격파가 발생되게 하는 압력실 개폐부를 포함할 수 있다.The shock wave generator comprises a high pressure chamber containing a high pressure first fluid; A low pressure chamber connected to the high pressure chamber and containing a low pressure second fluid; It may include a pressure chamber opening and closing portion to block the high pressure chamber and the low pressure chamber, or to communicate the high pressure chamber and the low pressure chamber to generate a shock wave.

상기 제1유체는, 헬륨일 수 있다.The first fluid may be helium.

상기 제2유체는, 공기일 수 있다.The second fluid may be air.

상기 고압실과 상기 저압실은 각각, 단면 크기가 일정하고; 상기 저압실의 단면 크기가 상기 고압실의 단면 크기보다 작을 수 있다.The high pressure chamber and the low pressure chamber each have a constant cross-sectional size; The cross-sectional size of the low pressure chamber may be smaller than the cross-sectional size of the high pressure chamber.

상기 압력실 개폐부는, 상기 고압실과 상기 저압실 사이에 설치되고, 상기 고압실과 상기 저압실의 압력 차이(충격파 발생 압력비)에 의해 파열되는 압력실 격막을 포함할 수 있다.The pressure chamber opening and closing unit may include a pressure chamber diaphragm provided between the high pressure chamber and the low pressure chamber and ruptured by a pressure difference (shock wave generation pressure ratio) between the high pressure chamber and the low pressure chamber.

상기 압력실 격막은, 금속 재질 또는 마일러(Mylor)재질일 수 있다.The pressure chamber diaphragm may be made of metal or Mylor.

상기 압력실 격막은, 파열 라인이 형성될 수 있다.In the pressure chamber diaphragm, a rupture line may be formed.

상기 압력실 격막의 단면 크기는, 상기 저압실의 단면 크기보다 2배 이상일 수 있다.The cross-sectional size of the pressure chamber diaphragm may be twice or more than the cross-sectional size of the low pressure chamber.

상기 고압실과 상기 저압실 사이에는, 상기 압력실 격막이 파열되는 상기 충격파 발생 압력비가 일정하도록, 하나 이상의 중간 압력실이 설치될 수 있다.One or more intermediate pressure chambers may be installed between the high pressure chamber and the low pressure chamber so that the shock wave generation pressure ratio at which the pressure chamber diaphragm ruptures is constant.

상기 노즐의 저압실 측 단부에는 상기 저압실과 상기 실험챔버가 선택적으로 연통되도록 실험챔버 개폐부가 설치되고; 상기 저압실은 상기 저압실의 노즐 측 단부에 위치되고, 그 단면 크기가 상기 저압실의 그 인접한 부분의 단면 크기보다 작도록 형성되어, 상기 저압실과 상기 실험챔버가 연통되기 전까지 상기 충격파가 반사되고 상기 충격파가 발생된 유동이 정체되는 정체부를 가질 수 있다.An experimental chamber opening / closing portion is installed at a low pressure chamber side end of the nozzle to selectively communicate the low pressure chamber with the experimental chamber; The low pressure chamber is located at the nozzle side end of the low pressure chamber, and the cross-sectional size is formed to be smaller than the cross-sectional size of the adjacent portion of the low pressure chamber, so that the shock wave is reflected until the low pressure chamber and the test chamber communicate with each other. The shock wave generated flow may have a stagnation portion.

상기 노즐는, 상기 저압실과 연결되고, 상기 저압실에서 상기 실험챔버로 갈 수록 단면 크기가 작아지는 수축부와; 상기 실험챔버와 연결되고, 상기 수축부 측 입구 단면 크기보다 상기 실험챔버 측 출구 단면 크기가 큰 확산부와; 상기 확산부와 상기 수축부를 연결하는 목부를 포함할 수 있다.The nozzle is connected to the low pressure chamber, and the shrinkage portion that the cross-sectional size is smaller from the low pressure chamber toward the test chamber; A diffusion part connected to the test chamber and having a larger size of the test chamber-side outlet cross-section than the contraction-side inlet cross-sectional size; It may include a neck portion connecting the diffusion portion and the contraction portion.

상기 노즐의 확산부는, 유동방향을 따라 복수 개로 분할되어 서로 착탈 가능할 수 있다.The diffusion parts of the nozzle may be divided into a plurality of parts along the flow direction and detachable from each other.

상기 실험챔버의 노즐 연결부분에 착탈 가능토록 결합되고, 상기 노즐이 삽입되는 노즐 삽입부를 갖는, 노즐-챔버 연결부를 더 포함할 수 있다.The nozzle may further include a nozzle-chamber connection part coupled to the nozzle connection part of the test chamber and having a nozzle insertion part into which the nozzle is inserted.

상기 실험챔버는, 상기 실험챔버의 내부가 가시화될 수 있도록 적어도 하나의 가시화 창을 가질 수 있다.The experiment chamber may have at least one visualization window so that the inside of the experiment chamber can be visualized.

상기 실험챔버를 상기 저압실과 연통시키거나 차단시키는 실험챔버 개폐부와; 상기 실험챔버와 연결되어 상기 저압실과 차단된 상기 실험챔버 내 압력을 제어하는 실험챔버 압력제어부를 더 포함할 수 있다.An experiment chamber opening and closing portion for communicating or blocking the experiment chamber with the low pressure chamber; The test chamber may further include a test chamber pressure control unit connected to the test chamber to control the pressure in the test chamber blocked from the low pressure chamber.

상기 실험챔버 개폐부는, 상기 노즐 내에 설치되고, 상기 충격파 발생부에서 발생된 충격파에 의해 파열되는 실험챔버 격막을 포함할 수 있다.The experiment chamber opening and closing portion may include an experiment chamber diaphragm installed in the nozzle and ruptured by the shock wave generated by the shock wave generator.

상기 실험챔버 격막은, 금속 재질 또는 마일러(Mylor)재질일 수 있다.The test chamber diaphragm may be made of metal or Mylor.

상기 덤프 탱크에는, 상기 덤프 탱크의 내부와 연통되어 상기 덤프 탱크의 내압에 따라 개폐되는 안전밸브가 설치될 수 있다.The dump tank may be provided with a safety valve in communication with the inside of the dump tank to open and close according to the internal pressure of the dump tank.

상기 덤프 탱크에는, 상기 덤프 탱크의 내부를 출입할 수 있도록 탱크 출입구가 형성되고; 상기 탱크 출입구에는 개폐 가능한 탱크 도어가 설치될 수 있다.The dump tank is formed with a tank inlet and outlet to enter and exit the interior of the dump tank; The tank door may be installed to open and close the tank door.

본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치는 충격파를 이용하여 극초음속유동장을 형성함으로써 실제 극초음속유동장 조건을 충분히 모사할 수 있어 실험 결과의 신뢰성이 향상될 수 있는 이점이 있다.The experimental apparatus using the hypersonic flow according to the present invention has the advantage that the ultrasonic flow field can be sufficiently simulated by using the shock wave to sufficiently simulate the actual hypersonic flow field conditions, thereby improving the reliability of the experimental results.

또한 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치는 충격파를 이용하여 극초음속 유동장을 형성함으로써 일반적인 풍동장치에 비해 실내 실험이 가능할 정도로 소형으로 구축될 수 있는 이점이 있다.In addition, the experimental apparatus using the supersonic flow according to the present invention has the advantage that it can be built so small that the indoor experiment is possible compared to the general wind tunnel apparatus by forming a supersonic flow field using the shock wave.

또한 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치는 충격파를 이용하여 극초음속 유동장을 형성함으로써 일반적인 풍동장치보다 제작 및 실험비용이 월등히 줄어들 수 있는 이점이 있다.In addition, the experimental apparatus using the supersonic flow according to the present invention has the advantage that the manufacturing and experiment costs can be significantly reduced than the general wind tunnel apparatus by forming a supersonic flow field using the shock wave.

도 1은 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치의 구성도이고, 도 2a는 도 1에서 고압실 및 저압실을 연결하는 부분의 단면도로서, 충격파 발생 전 상태를 보여주고, 도 2b는 도 1에서 고압실 및 저압실을 연결하는 부분의 단면도로서, 충격파 발생시 상태를 보여주고, 도 3은 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치 중, 압력실 격막의 정면도이고, 도 4a는 도 1에서 저압실과 노즐을 연결하는 부분의 단면도로서, 충격파 발생 전 상태를 보여주고, 도 4b는 도 1에서 저압실과 노즐을 연결하는 부분의 단면도로서, 충격파 발생시 상태를 보여주고, 도 5는 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치 중, 실험챔버의 사시도이다.1 is a configuration diagram of an experimental apparatus using ultrasonic flow according to the present invention, Figure 2a is a cross-sectional view of the portion connecting the high pressure chamber and the low pressure chamber in Figure 1, showing the state before the shock wave, Figure 2b 1 is a cross-sectional view of a portion connecting the high pressure chamber and the low pressure chamber, showing a state when a shock wave is generated, Figure 3 is a front view of the pressure chamber diaphragm of the experimental apparatus using the ultrasonic flow according to the present invention, Figure 4a is Figure 1 Is a cross-sectional view of the portion connecting the low pressure chamber and the nozzle, and shows a state before the shock wave generation, Figure 4b is a cross-sectional view of the portion connecting the low pressure chamber and the nozzle in Figure 1, showing the state when the shock wave is generated, Figure 5 Of the experimental apparatus using the hypersonic flow according to, is a perspective view of the experimental chamber.

본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치는, 극초음속 비행하는 비행체, 유도무기를 비롯하여 극초음속 추진기관(예를 들어, 스크램제트 엔진), 극초음속유동 실험을 위해 일정한 편향각을 갖는 쐐기 모델, 일정한 원주를 갖는 무딘 물체 등을 실험대상으로 하는 것으로서, 유동에 충격파를 발생시키는 충격파 발생부(10)와, 상기 충격파 발생부(10)와 연결되어 상기 충격파 발생부(10)로부터 유입된 유동을 극초음속으로 가속하는 노즐(20)와, 상기 노즐(20)와 연결되어 상기 극초음속유동이 공급되고, 상기 극초음속유동에 의한 실험이 행해지는 실험 모델이 설치된 실험챔버(30)와, 상기 실험챔버(30)와 연통되는 내부 공간을 갖는 덤프 탱크(40)를 포함할 수 있다.The experimental apparatus using the supersonic flow according to the present invention, the supersonic flying vehicle, guided weapons, ultrasonic propulsion engine (for example, scramjet engine), wedge model having a constant deflection angle for the hypersonic flow experiment And a blunt object having a constant circumference, etc., as a test object, a shock wave generating unit 10 generating a shock wave in the flow, and a flow flowing from the shock wave generating unit 10 connected to the shock wave generating unit 10. A nozzle 20 for accelerating the hypersonic speed, an experimental chamber 30 connected with the nozzle 20 to supply the ultrasonic flow, and an experimental model for performing the experiment by the ultrasonic flow, and the It may include a dump tank 40 having an internal space in communication with the test chamber 30.

이하, 상기 충격파 발생부(10)에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the shock wave generator 10 will be described in detail.

상기 충격파 발생부(10)는, 압축성유체역학에 따라, 압력비를 이용하여 유동을 형성시키되, 이 유동에 충격파가 발생될 수 있을 정도로 압력비를 형성한다.The shock wave generator 10 forms a flow by using a pressure ratio according to compressive fluid dynamics, and forms a pressure ratio such that a shock wave can be generated in the flow.

즉, 상기 충격파 발생부(10)는, 후술할 제2유체에 대하여 상대적으로 고압인 제1유체가 든 고압실(12)과, 상기 고압실(12)과 연결되고 상기 제1유체에 대하여 상대적으로 저압인 제2유체가 든 저압실(14)과, 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)을 차단시켰다가 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)을 연통시켜서 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14) 간 압력비(이하, 설명의 편의를 위해 '충격파 발생 압력비'라 함)에 의해 유동이 형성되고 이 유동에 충격파가 발생되게 하는 압력실 개폐부(16)를 포함할 수 있다.That is, the shock wave generator 10 is connected to the high pressure chamber 12 containing the first fluid, which is relatively high pressure with respect to the second fluid to be described later, and the high pressure chamber 12 and is relative to the first fluid. The low pressure chamber 14 containing the second fluid having a low pressure, the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 were shut off, and the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 were communicated with each other. A pressure chamber opening and closing portion 16 for forming a flow by a pressure ratio between the chamber 12 and the low pressure chamber 14 (hereinafter, referred to as a 'shock wave generation pressure ratio' for convenience of description) is generated. It may include.

이때, 상기 충격파의 강도는 상기 제1,2유체의 종류, 상기 고압실(12), 저압 실(14) 내 압력, 상기 충격파 발생 압력비 등에 따라 달라지는 특성을 갖는다. 즉 상기 제1유체의 분자량이 작을수록, 제1유체의 온도가 높을수록, 그리고 충격파 발생 압력비가 클수록, 상기 충격파의 강도는 커진다. 이때 제1유체 및 제2유체는 실험조건에 따라서 다양하게 선택될 수 있으며 동일한 기체 또는 이종의 기체가 사용될 수 있다.At this time, the intensity of the shock wave has a characteristic that varies depending on the type of the first and second fluid, the pressure in the high pressure chamber 12, the low pressure chamber 14, the pressure wave generation pressure ratio. That is, the smaller the molecular weight of the first fluid, the higher the temperature of the first fluid, and the larger the shock wave generation pressure ratio, the greater the intensity of the shock wave. In this case, the first fluid and the second fluid may be variously selected according to experimental conditions, and the same gas or different kinds of gases may be used.

따라서, 상기 충격파 발생부(10)는, 상기 충격파의 특성을 고려하여 다음과 같이 보다 상세히 구현됨으로써, 충분한 강도의 충격파를 발생시킬 수 있다.Therefore, the shock wave generator 10 may generate shock waves of sufficient intensity by implementing the shock wave generator 10 in more detail as follows in consideration of the characteristics of the shock wave.

상기 고압실(12)은, 실험 조건 등에 따라 다양한 형상을 취할 수 있으며, 바람직한 일 예로써 상기 저압실(14)과 연통되면 상기 제1유체가 가능한 저항을 받지 않고 상기 저압실(14)로 고속으로 유동될 수 있도록 내경이 일정한 직진형 관 형상을 취할 수 있다.The high pressure chamber 12 may have various shapes according to experimental conditions, and as a preferred example, when communicating with the low pressure chamber 14, the high pressure chamber 12 may be subjected to a high speed to the low pressure chamber 14 without being subjected to a possible resistance. It can take the shape of a straight tube with a constant internal diameter so that it can flow into the.

이러한 고압실(12)에는 상기 제1유체를 공급받을 수 있도록 상기 제1유체가 출입하는 고압실 출입구가 형성되고, 상기 고압실 출입구를 개폐하는 고압실 밸브가 설치될 수 있다.The high pressure chamber 12 may be provided with a high pressure chamber entrance through which the first fluid enters and receives the first fluid, and a high pressure chamber valve may be installed to open and close the high pressure chamber entrance.

상기 고압실 출입구에는, 상기 고압실(12)에 상기 제1유체가 고압 상태로 저장될 수 있도록, 상기 제1유체를 공급하는 제1유체 공급부(50)가 연결될 수 있다. 상기 제1유체 공급부(50)는, 고압 상태의 상기 제1유체를 바로 상기 고압실(12)로 보낼 수도 있지만, 본 실시 예와 같이 상기 제1유체를 고압으로 가압하면서 상기 고압실(12)로 보내도록 구성됨으로써, 높은 충격파 발생 압력비가 형성되어 충분한 강도의 충격파를 얻을 수 있고, 상기 압력실 개폐부(16)가 격막으로 구현되는 경우 상기 격막이 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14) 간 압력비에 의해 스스로 파열되어 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)이 연통되게 할 수 있다.The first fluid supply unit 50 for supplying the first fluid may be connected to the high pressure chamber entrance and exit so that the first fluid may be stored in the high pressure chamber 12 in a high pressure state. Although the first fluid supply unit 50 may directly send the first fluid in a high pressure state to the high pressure chamber 12, the high pressure chamber 12 may be pressurized with the first fluid at high pressure as in the present embodiment. In this case, a high shock wave generation pressure ratio is formed to obtain a shock wave having a sufficient intensity, and when the pressure chamber opening and closing unit 16 is implemented as a diaphragm, the diaphragm is the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14. The high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 may be in communication with each other by themselves due to the ratio between the pressures.

상기 제1유체를 가압하기 위해서는 유체를 고압으로 압축할 수 있는 압축기가 사용 가능하지만, 보다 높은 강도의 충격파를 얻기 위해 상기 제1유체가 분자량이 작은 헬륨으로 준비된 경우에는 매우 고가의 압축기를 사용해야되는 바 비교적 저비용으로 사용될 수 있는 가스 부스터가 보다 바람직하다.In order to pressurize the first fluid, a compressor capable of compressing the fluid at high pressure may be used. However, when the first fluid is prepared of helium having a low molecular weight to obtain a shock wave of higher intensity, a very expensive compressor should be used. More preferred are gas boosters that can be used at relatively low cost.

또한, 상기 고압실(12)은, 상기 제1유체 공급부(50)가 결합될 수 있도록, 상기 고압실 출입구가 형성된 캡(12A)이 구성될 수 있다. In addition, the high pressure chamber 12 may include a cap 12A having the high pressure chamber entrance and exit so that the first fluid supply unit 50 may be coupled thereto.

또한 상기 고압실(12)은 상기 저압실(14) 측 단부에 상기 저압실(14)과의 체결을 위해, 용이하게 제작될 수 있는 고압실 플랜지(12B)가 구성됨으로써, 상기 저압실(14)과 용이하고 견실하게 체결될 수 있다. 여기서, 상기 고압실(12)은 상기 고압실 플랜지(12B)가 구성되는 대신, 상기 저압실(14)과 콜라(collar) 타입의 체결 방법으로 체결되는 것도 가능할 뿐만 아니라, 이외에도 상기 고압실(12)은 상기 저압실(14)과 다양한 방법으로 체결될 수 있음은 물론이다.In addition, the high pressure chamber 12 has a high pressure chamber flange 12B, which can be easily manufactured, for fastening with the low pressure chamber 14 at the side end of the low pressure chamber 14, thereby providing the low pressure chamber 14. ) Can be fastened easily and reliably. Here, the high pressure chamber 12 may be fastened not only by the high pressure chamber flange 12B but also by the fastening method of the low pressure chamber 14 and a collar type, in addition to the high pressure chamber 12. ) May be fastened to the low pressure chamber 14 in various ways.

상기 고압실 플랜지(12B)는 상기 압력실 개폐부(16)의 장착이 용이하도록 원형으로 양각 가공됨이 바람직하다. 이때, 상기 고압실 플랜지(12B)는, 후술하는 바와 같은 이점을 위해 상기 고압실(12)의 일부가 상기 저압실(14)에 삽입될 수 있도록, 상기 고압실(12)의 저압실(14) 측 끝단에서 상기 저압실(14) 반대쪽으로 일정 거리 이격된 곳에 위치되는 것이 보다 바람직하다.The high pressure chamber flange 12B is preferably embossed in a circular shape to facilitate mounting of the pressure chamber opening and closing part 16. In this case, the high pressure chamber flange 12B is a low pressure chamber 14 of the high pressure chamber 12 so that a part of the high pressure chamber 12 may be inserted into the low pressure chamber 14 for the advantages described below. It is more preferably located at a predetermined distance away from the low pressure chamber 14 at the side end.

상기 고압실 플랜지(12B)에는, 상기 압력실 개폐부(16)와의 기밀 유지를 위 해, 상기 고압실 플랜지(12B)와 상기 압력실 개폐부(16)에 각각 밀착될 수 있는 오링(O-ring)(12C)이 삽입되는 고압실 오링 홈(12D)이 형성될 수 있다.O-rings that may be in close contact with the high pressure chamber flange 12B and the pressure chamber opening and closing portion 16 to maintain the airtightness with the pressure chamber opening and closing portion 16 in the high pressure chamber flange 12B. The high pressure chamber O-ring groove 12D into which the 12C is inserted can be formed.

다음으로, 상기 저압실(14)은, 실험 조건 등에 따라 다양한 형상을 취할 수 있으며, 바람직한 일 예로써 유동 저항이 최소화될 수 있도록 직진형 관 형상을 취할 수 있다.Next, the low pressure chamber 14 may take various shapes according to experimental conditions and the like, and may take a straight tube shape to minimize flow resistance.

이때, 상기 저압실(14)의 내경은, 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)의 압력비에 따른 충격파의 속도를 최대로 얻을 수 있도록 상기 고압실(12)의 내경보다 작은 것이 바람직하다. 특히 상기 저압실(14)의 내경은, 상기 고압실(12)과 연결되는 선단부의 내경이 상기 저압실(14)의 다른 부분의 내경보다 작은 것이 바람직하다.At this time, the inner diameter of the low pressure chamber 14 is preferably smaller than the inner diameter of the high pressure chamber 12 so as to obtain the maximum speed of the shock wave according to the pressure ratio between the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14. Do. In particular, the inner diameter of the low pressure chamber 14, it is preferable that the inner diameter of the tip portion connected to the high pressure chamber 12 is smaller than the inner diameter of the other portion of the low pressure chamber (14).

이러한 저압실(14)에는 상기 제2유체를 공급받을 수 있도록 상기 제2유체가 출입하는 저압실 출입구가 형성되고, 상기 저압실(14) 출입구를 개폐하는 고압실 밸브가 설치될 수 있다. 상기 저압실 출입구에는, 상기 제2유체를 공급하는 제2유체 탱크(52)와 연결된다.The low pressure chamber 14 may be provided with a low pressure chamber entrance through which the second fluid enters and receives the second fluid, and a high pressure chamber valve may be installed to open and close the entrance of the low pressure chamber 14. The low pressure chamber entrance and exit is connected to a second fluid tank 52 for supplying the second fluid.

또한, 상기 저압실(14)에는, 상기 저압실(14) 내 압력을 측정하여 발생된 충격파의 속도 정보를 얻기 위해 저압실 압력센서(60)가 설치될 수 있다. 상기 저압실 압력센서(60)는 본 실시 예와 같이 상기 저압실(14)이 길이가 긴 관 형상을 취함에 따라, 상기 저압실(14) 내 압력 정보를 보다 정확히 얻을 수 있도록, 상기 저압실(14)의 길이를 따라 복수 개 설치되는 것이 보다 바람직하다. 이때, 상기 저압실(14)은 상기 저압실 압력센서(60)가 설치되는 부분에 내구성을 위해 시편이 부가 적으로 부착될 수 있다.In addition, the low pressure chamber 14, a low pressure chamber pressure sensor 60 may be installed to obtain the velocity information of the shock wave generated by measuring the pressure in the low pressure chamber (14). The low pressure chamber pressure sensor 60 is the low pressure chamber so that the pressure information in the low pressure chamber 14 can be obtained more accurately as the low pressure chamber 14 takes a long tubular shape as in the present embodiment. It is more preferable to provide a plurality along the length of (14). At this time, the low pressure chamber 14 may be additionally attached to the specimen for durability in the portion where the low pressure chamber pressure sensor 60 is installed.

또한, 상기 저압실(14)에는 상기 고압실(12) 측 단부에, 상기 고압실(12), 보다 정확하게는 고압실 플랜지(12B)와 용이하고 견실하게 체결될 수 있도록, 전방 저압실 플랜지(14A)가 구성될 수 있다. 상기 전방 저압실 플랜지(14A) 또한 상기 압력실 개폐부(16)의 장착이 용이하도록 원형으로 양각 가공되는 것이 보다 바람직하다. In addition, the low pressure chamber 14 has a front low pressure chamber flange (to be connected to the high pressure chamber 12 side end part more easily and reliably with the high pressure chamber 12, more precisely, the high pressure chamber flange 12B). 14A) may be configured. More preferably, the front low pressure chamber flange 14A is also embossed in a circular shape to facilitate mounting of the pressure chamber opening and closing portion 16.

나아가 상기 전방 저압실 플랜지(14A)에는, 상기 고압실(12)의 일부가 삽입되고 상기 압력실 개폐부(16)가 설치될 수 있도록 결합 홈(14B)이 형성될 수 있다. 그러면, 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)이 보다 견실하게 결합되고, 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14) 간 기밀이 확실하게 유지될 수 있고, 상기 압력실 개폐부(16)가 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14) 사이에 견실하고 용이하게 설치될 수 있고, 후술하는 바와 같이 상기 압력실 개폐부(16)가 격막으로 구현되어 파열되는 경우 상기 파열된 압력실 개폐부(16)가 상기 저압실(14)로 빨려들어가지 않도록 상기 압력실 개폐부(16)가 지지될 수 있는 이점을 가질 수 있다.Furthermore, a coupling groove 14B may be formed in the front low pressure chamber flange 14A so that a part of the high pressure chamber 12 may be inserted and the pressure chamber opening and closing part 16 may be installed. Then, the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 are more firmly coupled, and the airtightness between the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 can be reliably maintained, and the pressure chamber opening and closing portion ( 16 may be firmly and easily installed between the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14, and the ruptured pressure when the pressure chamber opening / closing part 16 is ruptured by a diaphragm as described below. The pressure chamber opening and closing portion 16 may have an advantage that the pressure chamber opening and closing portion 16 may be supported so that the chamber opening and closing portion 16 is not sucked into the low pressure chamber 14.

이때, 상기 전방 저압실 플랜지(14A)에 형성된 결합 홈(14A)과 상기 저압실(14)의 내부 공간의 경계 모서리(14C)는 소정 반경으로 라운딩(rounding) 가공됨으로써, 상기 압력실 개폐부(16)를 구현하는 격막이 파열될 때 상기 경계 모서리에 의해 찢어지지 않고 부드럽게 전개될 수 있다.At this time, the engaging groove 14A formed in the front low pressure chamber flange 14A and the boundary edge 14C of the inner space of the low pressure chamber 14 are rounded to a predetermined radius to thereby open and close the pressure chamber opening 16. When the diaphragm ruptures, it may be smoothly developed without tearing by the boundary edge.

상기 전방 저압실 플랜지(14A) 또한 상기 압력실 개폐부(16)와의 기밀 유지를 위해 상기 전방 저압실 플랜지(14A)와 상기 압력실 개폐부(16)에 각각 밀착될 수 있는 오링(O-ring)(14D)이 삽입되는 저압실 오링 홈(14E)이 형성될 수 있다.The front low pressure chamber flange 14A may also be in close contact with the front low pressure chamber flange 14A and the pressure chamber opening and closing portion 16 to maintain airtightness with the pressure chamber opening and closing portion 16. A low pressure chamber O-ring groove 14E into which 14D) is inserted can be formed.

또한, 상기 저압실(14)에는 상기 노즐(20) 측 단부에, 상기 노즐(20)와 용이하고 견실하게 체결될 수 있도록, 후방 저압실 플랜지(14F)가 구성될 수 있다. 상기 후방 저압실 플랜지(14F) 또한 상기 노즐(20)와의 장착이 용이하도록 원형으로 가공되는 것이 보다 바람직하다. In addition, a rear low pressure chamber flange 14F may be configured in the low pressure chamber 14 so that the nozzle 20 can be easily and reliably fastened to the nozzle 20 side end. More preferably, the rear low pressure chamber flange 14F is circularly processed to facilitate mounting with the nozzle 20.

상기 후방 저압실 플랜지(14F)에는, 상기 노즐(20)와 보다 용이하게 견실하게 결합될 수 있도록, 상기 노즐(20)의 일부가 삽입되는 노즐 삽입 홈(14G)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 후방 저압실 플랜지(14F)에는, 상기 저압실(14)과 상기 노즐(20)의 기밀 유지를 위해 상기 후방 저압실 플랜지(14F)와 상기 노즐(20)에 각각 밀착될 수 있는 오링(O-ring)(14H)이 삽입되는 저압실 오링 홈(14I)이 형성될 수 있다.In the rear low pressure chamber flange 14F, a nozzle insertion groove 14G into which a part of the nozzle 20 is inserted may be formed so as to be more easily and reliably coupled to the nozzle 20. In addition, the rear low pressure chamber flange 14F has an O-ring, which may be in close contact with the rear low pressure chamber flange 14F and the nozzle 20, respectively, to maintain the airtightness of the low pressure chamber 14 and the nozzle 20. The low pressure chamber O-ring groove 14I into which the (O-ring) 14H is inserted may be formed.

다음으로, 상기 압력실 개폐부(16)는, 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)을 차단시켰다가 연통시킬 수 있다면 일반적인 밸브를 포함하여 어떠한 방법으로 구현되어도 무방하나, 상기 제1유체가 고압이고, 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)의 압력비가 크며, 상기 충격파가 발생되기 때문에, 밸브 등과 같은 기구적, 전기적으로 개폐 동작되는 경우에는 파손이나 오동작을 고려해야되고, 유동 저항이 발생시킬 수밖에 없고, 기구적, 전기적 제어가 요구되는 단점이 있다. Next, the pressure chamber opening and closing unit 16, if the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 can be disconnected and communicated, but may be implemented by any method including a general valve, the first fluid Since the high pressure, the pressure ratio between the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 is large, and the shock wave is generated, breakage or malfunction should be considered when mechanically and electrically opening and closing operations such as valves, etc. There is a disadvantage in that resistance is generated, and mechanical and electrical control are required.

따라서, 상술한 단점을 갖지 않도록 상기 압력실 개폐부(16)는, 본 실시 예와 같이 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)을 차단토록 설치되었다가 상기 충격파 발생 압력비에 의해 스스로 파열되어 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)을 연통시 키는 격막 형태의 압력실 격막으로 구현됨이 보다 바람직하다. 이하, 설명의 편의를 위해 상기 압력실 개폐부를 압력실 격막이라 한다. Therefore, the pressure chamber opening / closing unit 16 is installed to block the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 as described in the present embodiment so as not to have the above-mentioned disadvantages, and is ruptured by the shock wave generation pressure ratio. More preferably, the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 communicate with each other. Hereinafter, the pressure chamber opening and closing portion is referred to as a pressure chamber diaphragm for convenience of description.

이러한 압력실 격막(16)은, 상술한 바와 같이 용이하고 견실하게 장착될 수 있도록, 상기 저압실의 결합 홈(14G)에 위치되어 상기 저압실(14)과 상기 고압실(12) 사이에 개재될 수 있다. The pressure chamber diaphragm 16 is interposed between the low pressure chamber 14 and the high pressure chamber 12 in a coupling groove 14G of the low pressure chamber so that it can be easily and reliably mounted as described above. Can be.

이때, 상기 압력실 격막(16)은, 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)의 압력비에 따라 개폐 역할을 할 수 있다면 어떠한 재질로 구성되어도 무방하나, 파열시 파편이 떨어져나가지 않고 여러 조각으로 쪼개져 전개될 수 있도록 구성되는 것이 보다 바람직하다.At this time, the pressure chamber diaphragm 16 may be made of any material as long as it can open and close according to the pressure ratio between the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14, but fragments do not fall off during rupture. It is more preferable that it is configured so that it can be split and deployed.

이를 위해서, 상기 압력실 격막(16)은, 상기 압력실 격막(16)이 상대적으로 작은 상기 충격파 발생 압력비에서 파열되도록 설계될 경우 마일러(mylor) 등과 같은 간편한 재질로 구성될 수 있고, 상기 압력실 격막(16)이 상대적으로 작은 상기 충격파 발생 압력비에서 파열되도록 설계될 경우 마일러 재질보다 내구성이 큰 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다.To this end, the pressure chamber diaphragm 16 may be made of a simple material such as mylor when the pressure chamber diaphragm 16 is designed to rupture at a relatively small shock wave generation pressure ratio, and the pressure When the seal diaphragm 16 is designed to rupture at a relatively small shock wave generation pressure ratio, the seal diaphragm 16 may be made of a metal material such as aluminum, which is more durable than the mylar material.

나아가, 상기 압력실 격막(16)은, 적어도 금속 재질인 경우에는, 파열시 용이하게 여러 조각으로 쪼개져 전개될 수 있도록, 파열 라인이 형성될 수 있다. 상기 압력실 격막(16)의 파열 라인(16A)은 본 실시 예와 같이 십자 형상뿐만 아니라 이외에도 파열 조건 등에 따라 다양한 형상을 취할 수 있음은 물론이다.Further, the pressure chamber diaphragm 16, at least in the case of a metallic material, may be formed so that the tear line can be easily broken into a plurality of pieces when deployed. The burst line 16A of the pressure chamber diaphragm 16 may take various shapes depending on the burst condition as well as the cross shape as in the present embodiment.

또한, 상기 압력실 격막(16)의 크기는, 상술한 바와 같이 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14) 사이에 개재됨으로써 용이하고 견실하게 장착되고, 이와 아울러 파열 전에 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)의 압력차에 의해 상기 저압실(14)로 빨려들어가지 않도록 상기 저압실(14)의 내경의 2배 이상으로 설계되는 것이 바람직하다. In addition, the size of the pressure chamber diaphragm 16 is easily and reliably mounted by being interposed between the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 as described above, and at the same time, the high pressure chamber 12 before rupture. It is preferable that the low pressure chamber 14 is designed to be at least twice as large as the inner diameter of the low pressure chamber 14 so as not to be sucked into the low pressure chamber 14 by the pressure difference between the low pressure chamber 14 and the low pressure chamber 14.

이러한 압력실 격막(16)의 재질, 두께, 파열 라인 형태/깊이 등에 따른 파열 압력 데이터는, 상기 압력실 격막(16)의 재질 선정 및 안정적인 파열을 위해, 본 발명과 동일한 구성의 격막 파열 시험기를 통해서 확보할 수 있다.The burst pressure data according to the material, thickness, and rupture line shape / depth of the pressure chamber diaphragm 16 includes a diaphragm burst tester having the same configuration as the present invention for material selection and stable rupture of the pressure chamber diaphragm 16. Can be secured through

한편, 상기 저압실(14)의 노즐(20) 측 단부에는, 상기 충격파가 발생된 후 상기 실험챔버 개폐부(36)에 의해 상기 저압실(14)과 상기 실험챔버(30)가 연통되기 전까지, 상기 충격파가 반사됨과 아울러 상기 충격파가 발생된 유동이 정체됨으로써, 상기 충격파가 발생된 유동의 압력과 온도가 보다 높아질 수 있는 정체부(14J)가 형성될 수 있다. 이를 위해 상기 저압실(14)의 정체부(14J)는, 일정한 크기의 내경을 가지며, 그 내경이 상기 저압실(14)의 내경과 같거나 작도록 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, after the shock wave is generated at the nozzle 20 side end of the low pressure chamber 14, until the low pressure chamber 14 and the test chamber 30 is communicated by the test chamber opening and closing portion 36, As the shock wave is reflected and the flow in which the shock wave is generated is stagnant, a stagnation portion 14J may be formed in which the pressure and temperature of the flow in which the shock wave is generated may be higher. To this end, it is preferable that the stagnation portion 14J of the low pressure chamber 14 has an inner diameter of a predetermined size, and the inner diameter thereof is formed to be equal to or smaller than the inner diameter of the low pressure chamber 14.

상기 정체부(14J)는 충격파에 의해 고온, 고압이 된 유체가 저압실(14) 끝단에서 정체되는 곳으로 정상 유동을 노즐(20) 수축부(20A)에 유입시켜 주는 역할을 한다.The stagnant portion 14J serves to introduce a normal flow into the shrinkage portion 20A of the nozzle 20 to a place where the fluid at high temperature and high pressure due to the shock wave is stagnated at the end of the low pressure chamber 14.

상기 저압실(14)의 정체부(14J)에는, 본 발명에 따른 실험장치의 실험 시간이 상당히 짧으므로 상기 실험챔버(30)에 원하는 극초음속유동장이 형성되는 시간을 정확히 알기 위해서는 상기 충격파 발생시 상기 정체부(14J) 내 압력 정보가 필요하므로, 이를 위해 상기 정체부(14J)의 압력을 측정하는 정체부 압력센서(62)가 설치될 수 있다. 상기 정체부 압력센서(62)는, 상기 충격파가 반사되는 면에서 최대한 가까운 위치에서 정체 압력을 측정하여 정확한 성능 파악이 가능하도록 상기 저압실(14)의 후방 저압실 플랜지(14F)에 설치되는 것이 바람직하다.In the stagnant portion 14J of the low pressure chamber 14, since the experiment time of the experimental apparatus according to the present invention is considerably short, in order to know exactly the time when the desired ultrasonic flow field is formed in the experiment chamber 30, Since the pressure information in the stagnation part 14J is required, a stagnation part pressure sensor 62 for measuring the pressure of the stagnation part 14J may be installed. The stagnant part pressure sensor 62 is installed on the rear low pressure chamber flange 14F of the low pressure chamber 14 to measure the stagnant pressure at the position as close as possible to the surface where the shock wave is reflected to enable accurate performance grasp. desirable.

한편, 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14) 사이에는, 상기 압력실 격막(16)이 파열되는 상기 충격파 발생 압력비가 일정하도록, 중간 압력실이 설치될 수 있다. Meanwhile, an intermediate pressure chamber may be installed between the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 so that the shock wave generation pressure ratio at which the pressure chamber diaphragm 16 is ruptured is constant.

바람직하게는, 상기 고압실(12)과 저압실(14) 사이에 보다 안정적이고 일정한 압력비에서 격막이 파열되어 항상 동일한 세기의 충격파가 발생할 수 있도록, 하나 이상의 중간 압력실(미도시)을 더 설치하여 이중 격막 시험이 가능하도록 할 수 있다.Preferably, at least one intermediate pressure chamber (not shown) is further installed between the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 so that the diaphragm ruptures at a more stable and constant pressure ratio so that shock waves of the same intensity are always generated. Double diaphragm testing may be enabled.

이하, 상기 노즐(20)에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the nozzle 20 will be described in detail.

상기 노즐(20)은, 상기 충격파가 발생된 유동을 극초음속으로 가속하여 마하수를 조정할 수 있다면, 어떠한 구조를 취하든 무방하며, 바람직한 일 예로써, 상기 저압실(14)과 연결되고 상기 저압실(14)에서 상기 실험챔버(30)로 갈수록 단면 크기가 점진적으로 작아지는 수축부(20A)와, 상기 실험챔버(30)와 연결되고, 상기 수축부(20A) 측 입구 단면 크기보다 상기 실험챔버(30) 측 출구 단면 크기가 큰 확산부(20C)와, 상기 확산부(20C)와 상기 수축부(20A)를 연결하는 목부(20B)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 충격파 발생부(10)에서 충격파가 발생된 유동의 속도는 상기 수축부(20A)에서 증가되다가 상기 목부(20B)에서 극초음속이 되고, 상기 확산부(20C)에서 더욱 증가하여 극초음속이 될 수 있다.The nozzle 20 may be any structure as long as it can adjust the Mach number by accelerating the flow of the shock wave generated at an ultrasonic speed, and as a preferred example, the nozzle 20 is connected to the low pressure chamber 14 and is connected to the low pressure chamber. In (14), the test chamber 30 is connected to the contraction portion 20A, the cross-sectional size of which gradually decreases, and connected to the test chamber 30, and the test chamber is larger than the inlet cross-sectional size of the contraction portion 20A side. A diffusion portion 20C having a large 30-side exit cross-sectional size and a neck portion 20B connecting the diffusion portion 20C and the contraction portion 20A may be included. Accordingly, the velocity of the shock wave generated in the shock wave generator 10 is increased in the contracted portion 20A and becomes hypersonic at the neck 20B, and is further increased at the diffuser 20C to be hypersonic. This can be

이러한 노즐(20)은, 상기 노즐(20)에 의해 가속되는 유동의 마하수 조정이 가능토록, 조정되는 마하수에 따라 교체 가능토록 구성되는 것이 바람직하다. Such a nozzle 20 is preferably configured to be replaceable according to the adjusted Mach number so that the Mach number of the flow accelerated by the nozzle 20 can be adjusted.

또한, 상기 노즐(20)은 외형이 어떠한 형상이든 무방하지만, 상술한 상기 수축부(20A) 및 목부(20B), 확산부(20C)를 갖도록 내부가 대략 원추형으로 형성되되, 설계 및 제작의 편의를 위해 원통형 외형으로 형성될 수 있다.In addition, the nozzle 20 may have any shape, but the inside of the nozzle 20 is formed in a substantially conical shape so as to have the above-mentioned contraction portion 20A, the neck portion 20B, and the diffusion portion 20C. It can be formed into a cylindrical shape for.

또한, 상기 노즐(20)는, 일체형으로 구성될 수도 있지만, 후술하는 바와 같이 유동 방향을 따라 복수 개로 분할되어 서로 착탈 가능토록 결합될 수도 있다. 이때, 상기 분할형의 노즐(20)는, 설계 조건 등에 따라 다양하게 분할될 수 있는데, 바람직한 일 예로써 후술할 실험챔버 개폐부(36)가 상기 노즐(20)의 목부(20B)에 위치될 수 있도록 상기 노즐(20)의 목부(20B)에서 분할될 수 있다. 또한, 상기 노즐(20)의 확산부(20C)에서 유동의 속도를 극초음속으로 증가시키기 위해서는 상기 노즐(20)의 확산부(20C)의 면적비(즉, 상기 확산부(20C)의 입구 크기 대비 상기 확산부(20C)의 출구 크기)가 상당히 커 상기 노즐(20)의 확산부(20C)가 대형일 수밖에 없는 바, 가공 용이성 및 저가 가공을 위해 바람직하게는 상기 노즐(20)의 확산부(20C)에서 분할될 수 있다. In addition, the nozzle 20 may be configured in one piece, but may be divided into a plurality of pieces along the flow direction as described below, and may be detachably coupled to each other. In this case, the split nozzle 20 may be divided in various ways according to design conditions. As an example, the experiment chamber opening and closing part 36 to be described later may be located in the neck 20B of the nozzle 20. So that it can be divided at the neck 20B of the nozzle 20. In addition, in order to increase the speed of the flow in the diffusion portion 20C of the nozzle 20 to ultrasonic speed, the area ratio of the diffusion portion 20C of the nozzle 20 (that is, the inlet size of the diffusion portion 20C) is increased. Since the outlet size of the diffusion portion 20C) is considerably large, the diffusion portion 20C of the nozzle 20 must be large. Therefore, the diffusion portion of the nozzle 20 is preferable for ease of processing and low-cost processing. 20C).

따라서, 상기 노즐(20)은, 본 실시 예와 같이 구조적으로, 상기 저압실(14)과 결합되고, 상기 노즐(20)의 수축부(20A) 및 상기 노즐(20)의 목부(20B)의 전방부가 형성된 제1블록(22)과, 상기 제1블록(22)과 결합되고 상기 노즐(20)의 목부(20B) 후방부와 상기 노즐(20)의 확산부(20C)의 전방부가 형성된 제2블록(24)과, 상기 제2블록(24)과 결합되고 상기 노즐(20)의 확산부(20C)의 후방부가 형성된 제3 블록(26)으로 분할될 수 있다. Therefore, the nozzle 20 is structurally coupled with the low pressure chamber 14 as in the present embodiment, and the contraction portion 20A of the nozzle 20 and the neck 20B of the nozzle 20 are formed. A first block 22 having a front portion formed therein, a first portion 22 coupled to the first block 22 and formed with a rear portion of the neck portion 20B of the nozzle 20 and a front portion of the diffusion portion 20C of the nozzle 20; The second block 24 may be divided into a second block 24 and a third block 26 coupled to the second block 24 and having a rear portion of the diffusion portion 20C of the nozzle 20 formed therein.

이때, 상기 제1블록(22)은, 상술한 바와 같이 상기 노즐(20)이 상기 저압실(14)과 용이하고 견실하게 결합될 수 있도록, 적어도 일부가 상기 저압실(14)의 노즐 삽입 홈(14G)에 삽입되고, 상기 후방 저압실 플랜지(14F)와 결합되는 제1블록 플랜지(22A)가 구성될 수 있다. 나아가, 상기 제1블록 플랜지(22A)에는, 상기 저압실(14)과 상기 노즐(20)의 기밀 유지를 위해 오링(O-ring)(22B)이 삽입되는 오링 홈(22C)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1블록(22)에는, 상기 제2블록(24)과 견실하고 용이하게 결합됨과 아울러 후술할 실험챔버 개폐부(36)가 개재될 수 있도록, 상기 제2블록(24)의 일부가 삽입되는 제2블록 삽입 홈(22D)이 형성될 수 있다.At this time, the first block 22 is at least partially inserted into the nozzle insertion groove of the low pressure chamber 14 so that the nozzle 20 can be easily and firmly coupled to the low pressure chamber 14 as described above. A first block flange 22A can be constructed that is inserted into 14G and engaged with the rear low pressure chamber flange 14F. Furthermore, an O-ring groove 22C into which the O-ring 22B is inserted may be formed in the first block flange 22A to maintain the airtightness of the low pressure chamber 14 and the nozzle 20. have. In addition, a part of the second block 24 is provided in the first block 22 so that it can be firmly and easily coupled to the second block 24 and an experiment chamber opening and closing part 36 to be described later can be interposed. The second block insertion groove 22D to be inserted may be formed.

상기 제2블록(24)은, 상술한 바와 같이 상기 제1블록(22)의 제2블록 삽입 홈(22D)에 삽입되는 삽입부(24A)가 구성될 수 있다. 또한 상기 제2블록(24)은 상기 제3블록(26)과 용이하고 견실하게 결합될 수 있도록, 상기 제3블록(26)의 일부가 삽입되는 제3블록 삽입 홈(24B)이 형성될 수 있다.As described above, the second block 24 may include an insertion portion 24A inserted into the second block insertion groove 22D of the first block 22. In addition, the second block 24 may be formed with a third block insertion groove 24B into which a portion of the third block 26 is inserted, so that the second block 24 can be easily and reliably coupled to the third block 26. have.

상기 제3블록(26)은, 상술한 바와 같이 상기 제2블록(24)의 제3블록 삽입 홈(24B)에 삽입되는 삽입부(26A)가 구성될 수 있고, 상기 제2블록(24)과의 사이에 기밀 유지를 위한 오링(O-ring)(26B)이 개재될 수 있도록 오링 홈(26C)이 형성될 수 있다.As described above, the third block 26 may include an insertion part 26A inserted into the third block insertion groove 24B of the second block 24, and the second block 24 may be configured. The O-ring groove 26C may be formed so that an O-ring 26B for airtightness may be interposed therebetween.

상기 제3블록(26)은, 상기 실험챔버(30)와 연결되는 끝부분이 조정된 마하수의 극초음속유동이 형성되는 곳이므로, 후술할 상기 실험챔버(30)의 가시화창(32)을 통해 보일 수 있도록, 적어도 일부가 상기 실험챔버(30)의 내부로 삽입될 수 있 다.The third block 26 is a place where the hypersonic flow of the Mach number whose end connected to the test chamber 30 is adjusted is formed, through the visualization window 32 of the test chamber 30 which will be described later. At least a portion may be inserted into the experiment chamber 30 so that it can be seen.

이러한 제1,2,3블록(22,24,26)은, 다양한 방법으로 상호 결합될 수 있으며, 바람직한 일 예로써 제2,3블록(24,26)이 볼트 등의 체결부재에 의해 상호 결합되고, 상기 상호 결합된 제2,3블록(24,26)이 제1블록(22)과 체결부재에 의해 결합될 수 있다.The first, second, and third blocks 22, 24, and 26 may be coupled to each other in various ways. As a preferred example, the second, third and second blocks 24 and 26 may be coupled to each other by fastening members such as bolts. The second and third blocks 24 and 26 coupled to each other may be coupled to the first block 22 by a fastening member.

이하, 상기 실험챔버(30)에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the test chamber 30 will be described in detail.

상기 실험챔버(30)는, 실험 조건 등에 따라 다양하게 형상화될 수 있으며, 바람직한 일 예로써 사각 덕트(Duct) 형상의 내부 중공을 가지도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 사각 덕트 형상의 실험챔버(30)는, 본 실시 예와 같이 상기 노즐(20) 및 상기 덤프탱크(40)가 모두 원형 단면으로 형성된 경우, 상기 노즐(20) 및 상기 덤프탱크(40)와 적절히 연결될 수 있도록, 상기 노즐(20)과 연결되는 노즐 연결부에 상기 노즐(20)과 결합되는 제1플랜지(30A)가 구성되고, 상기 덤프탱크(40)와 연결되는 탱크 연결부에 상기 덤프탱크(40)와 결합되는 제2플랜지(30B)가 구성될 수 있다.The experimental chamber 30 may be variously shaped according to experimental conditions, and may be formed to have an inner hollow having a rectangular duct shape as a preferred example. In this case, when the nozzle 20 and the dump tank 40 are both formed in a circular cross section, the experiment chamber 30 having the rectangular duct shape, the nozzle 20 and the dump tank 40 The first flange 30A coupled to the nozzle 20 is configured to be properly connected to the nozzle 20, and the dump portion is connected to the tank 20 connected to the dump tank 40. The second flange 30B coupled to the tank 40 may be configured.

이러한 실험챔버(30)는, 실험모델 장착 등의 작업을 위한 접근성이 좋고, 후술하는 바와 같이 상기 실험챔버(30)의 각 면을 가시화창(32)으로 활용하기가 수월하도록, 옆판 전체가 착탈 가능토록 구성될 수 있다.The experimental chamber 30 has good accessibility for work such as mounting an experimental model, and as described below, the entire side plate is detachable so that it is easy to utilize each side of the experimental chamber 30 as the visualization window 32. It can be configured to be possible.

상기 실험챔버(30)의 내부에는, 상기 실험모델을 지지할 수 있도록 받침대가 설치될 수 있다.A pedestal may be installed in the test chamber 30 so as to support the test model.

나아가, 상기 실험챔버(30)에는 극초음속유동 실험시, 상기 실험모델로부터 그림자 기법의 유동 가시화(Shadowgraph), PLIF(레이저 가시화의 일종) 등 다양한 실험 데이터를 얻기 위해, 상기 실험챔버(30)의 내부가 가시화될 수 있도록, 적어도 하나의 가시화창(32)이 형성될 수 있다. 상기 가시화창(32)은, 다양한 종류의 재질이 이용될 수 있는데, 이중 빛의 투과성이 좋고 고온에서 잘 견디는 쿼츠글라스(Quartzglass)로 형성되는 것이 가시화 실험을 위해 보다 바람직하다.Furthermore, in the ultrasonic flow experiment in the experimental chamber 30, in order to obtain a variety of experimental data such as shadow visualization, PLIF (a kind of laser visualization) of the shadow technique from the experimental model, At least one visualization window 32 may be formed so that the interior may be visualized. Various types of materials may be used for the visualization window 32, and it is more preferable for the visualization experiment to be formed of quartz glass that has good light transmittance and high temperature resistance.

또한, 상기 실험챔버(30)에는, 극초음속유동 실험시, 상기 실험챔버(30) 내 압력, 온도 등 다양한 실험 데이터를 얻기 위해 센서 및 데이터 획득장치 등으로 구성된 실험장비가 설치될 수 있다. In addition, the experimental chamber 30, during the supersonic flow experiment, the experimental equipment consisting of a sensor and a data acquisition device, etc. may be installed to obtain various experimental data such as pressure, temperature in the experimental chamber 30.

이러한 실험챔버(30)에는, 전,후면을 제외한 네 둘레면 중 세 둘레면에 각각 상기 가시화창(32)이 형성되고, 나머지 한 면에 상기 실험장비의 연결을 위한 케이블 연결 블락이 설치될 수 있다.In the experimental chamber 30, the visualization window 32 is formed on each of the three circumferential surfaces except for the front and rear surfaces, and a cable connection block for connecting the experimental equipment may be installed on the other side. have.

한편, 상기 실험챔버(30)의 노즐 연결부는, 상기 노즐(20)과 맞춤 결합되도록 형성됨이 바람직하지만, 상술한 바와 같이 마하수 조정을 위해 상기 노즐(20)의 제3블록(26)이 교체되는 경우에는, 항상 상기 노즐(20)과 맞춤 결합될 수 없다. Meanwhile, although the nozzle connection part of the experiment chamber 30 is preferably formed to be coupled to the nozzle 20, the third block 26 of the nozzle 20 is replaced to adjust the Mach number as described above. In this case, it may not always be combined with the nozzle 20.

따라서, 상기 실험챔버(30)의 노즐 연결부는 상기 노즐(20)의 실험챔버(30) 측 단부보다 크게 형성되고, 상기 실험챔버(30)와 상기 노즐(20)은 후술할 노즐-챔버 연결부(34)를 통해 연결됨으로써, 상기 노즐(20)의 제3블록(26)의 크기에 상관없이 상기 실험챔버(30)와 상기 노즐(20)이 서로 용이하고 견고하게 결합될 수 있다.Therefore, the nozzle connection portion of the experiment chamber 30 is formed to be larger than the end portion of the experiment chamber 30 side of the nozzle 20, and the experiment chamber 30 and the nozzle 20 are nozzle-chamber connection portions (to be described later) By connecting through the 34, the experiment chamber 30 and the nozzle 20 can be easily and firmly coupled to each other regardless of the size of the third block 26 of the nozzle 20.

상기 노즐-챔버 연결부(34)는, 상기 노즐(20)의 제3블록(26)의 크기에 따라 교체 가능토록 상기 실험챔버(30)의 노즐 연결부에 착탈 가능토록 결합되고, 상기 노즐(20)이 맞춤 결합될 수 있도록 상기 노즐(20)의 제3블록(26)의 크기에 대응되게 형성되어 상기 노즐(20)이 삽입되는 노즐 삽입부(34A)를 가질 수 있다. The nozzle-chamber connection part 34 is detachably coupled to the nozzle connection part of the experiment chamber 30 so that the nozzle-chamber connection part 34 can be replaced according to the size of the third block 26 of the nozzle 20. The nozzle 20 may have a nozzle insert 34A formed to correspond to the size of the third block 26 of the nozzle 20 so that the nozzle 20 is inserted into the nozzle 20.

이러한 노즐-챔버 연결부(34)는, 기밀 유지를 위해, 상기 실험챔버(30)와의 사이에 오링이 개재될 수 있도록 상기 실험챔버(30)와 접촉되는 외면에 상기 오링이 끼워지는 오링 홈이 형성되고, 상기 노즐(20)의 제3블록(26)과의 사이에 오링이 개재될 수 있도록 상기 노즐(20) 삽입부에 상기 오링이 끼워지는 오링 홈이 형성될 수 있다.The nozzle-chamber connection portion 34 has an O-ring groove in which the O-ring is fitted on the outer surface of the nozzle-chamber connection portion 34 in contact with the test chamber 30 so that the O-ring may be interposed between the test chamber 30 to maintain airtightness. The O-ring groove may be formed to insert the O-ring in the nozzle 20 insertion portion so that the O-ring may be interposed between the third block 26 of the nozzle 20.

한편, 상기 실험챔버(30)는, 상기 저압실(14)과 항상 연통될 수도 있지만, 후술할 실험챔버 개폐부(36)에 의해 충분한 강도의 충격파가 발생될 수 있도록 상기 충격파 발생 전에는 상기 저압실(14)과 차단되고 충분한 강도의 충격파가 발생되면 상기 저압실(14)과 연통되는 것이 보다 바람직하다.On the other hand, the experimental chamber 30, but may be always in communication with the low pressure chamber 14, but before the shock wave generation so that a shock wave of sufficient strength can be generated by the experimental chamber opening and closing portion 36 to be described later (the low pressure chamber ( It is more preferable that the low-pressure chamber 14 communicates with the low pressure chamber 14 when the shock wave of sufficient intensity is interrupted with 14).

상기 실험챔버 개폐부(36)는, 상기 실험챔버(30)에 설치될 수 도 있지만, 충분한 강도의 충격파가 발생될 수 있도록 상기 저압실(14) 측에 가깝게 위치되는 것이 보다 바람직하다. 따라서, 상기 실험챔버 개폐부(36)는, 본 실시 예와 같이 상기 노즐(20) 내, 보다 정확하게는 노즐(20)의 목부(20B)에 설치되는 것이, 성능면에서 유리하다.The test chamber opening and closing part 36 may be installed in the test chamber 30, but it is more preferably located close to the low pressure chamber 14 side so that a shock wave of sufficient intensity can be generated. Therefore, it is advantageous in terms of performance that the test chamber opening and closing part 36 is provided in the nozzle 20, more precisely, in the neck 20B of the nozzle 20 as in the present embodiment.

이러한 실험챔버 개폐부(36) 또한 상술한 압력실 개폐부(16)와 동일하게 구현될 수 있는 바, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 실험챔버 개폐부(36)는, 상기 저압실(14) 내 충격파가 발생된 유동의 압력에 의해 적절한 시점에 서 파열될 수 있도록 매우 얇은 마일러 재질로 구성됨이 보다 바람직하다.The experiment chamber opening and closing part 36 may also be implemented in the same manner as the pressure chamber opening and closing part 16 described above, and further detailed description thereof will be omitted. However, the test chamber opening and closing part 36 is more preferably composed of a very thin mylar material so that the shock wave in the low pressure chamber 14 can be ruptured at an appropriate time by the pressure of the flow generated.

이와 아울러, 상기 노즐(20)부에서 확산되어 팽창되는 유동은 압력이 상당히 낮으므로, 상기 실험챔버(30)의 배압이 충분히 낮아야만 상기 저압실(14) 내 충격파가 발생된 유동이 상기 실험챔버(30)로 유동될 수 있는 바, 이를 위해 상기 실험챔버(30)와 연결되어 상기 저압실(14)과 차단된 상기 실험챔버(30) 내 압력을 제어하는 실험챔버 압력제어부(38)를 더 포함할 수 있다.In addition, since the pressure diffused and expanded in the nozzle 20 is significantly low in pressure, the back pressure of the test chamber 30 is sufficiently low so that the shock wave generated in the low pressure chamber 14 is generated in the test chamber. It can be flowed to (30), for this purpose is further connected to the experimental chamber 30, the experimental chamber pressure control unit 38 for controlling the pressure in the experimental chamber 30 is blocked from the low pressure chamber 14 It may include.

상기 실험챔버 압력제어부(38)는, 상기 실험챔버(30)와 직접 연결될 수도 있지만, 본 실시 예와 같이 상기 실험탱크(40)와 함께 상기 덤프탱크(40) 내 압력 제어가 가능토록, 상기 덤프탱크(40)와 결합됨으로써 상기 덤프탱크(40)를 통해 상기 실험챔버(30)와 연결될 수도 있다.The test chamber pressure control unit 38 may be directly connected to the test chamber 30, but the pressure control in the dump tank 40 together with the test tank 40 as in the present embodiment, so that the dump By being coupled to the tank 40 may be connected to the experimental chamber 30 through the dump tank 40.

상기 실험챔버 압력제어부(38)는, 상기 실험챔버(30), 나아가 상기 덤프탱크(40)의 압력을 낮추어 배압이 유지되도록 압력 제어할 수 있다면, 어떠한 방법으로든 구현될 수 있으며, 바람직한 일 예로써, 진공 펌프로 구현될 수 있다.The test chamber pressure control unit 38, if the pressure can be controlled to maintain the back pressure by lowering the pressure of the test chamber 30, and further the dump tank 40, can be implemented in any way, as a preferred example It can be implemented with a vacuum pump.

이하, 상기 덤프탱크(40)에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the dump tank 40 will be described in detail.

상기 덤프탱크(40)는, 시험 전에는 배압을 유지하고, 실험 후 상기 실험챔버(30)로 유동된 제1,2유체를 받아들여 안정적으로 상압을 유지할 수 있도록, 부피 등이 적정하게 설계됨이 바람직하다.The dump tank 40 is preferably properly designed to maintain the back pressure before the test, and to stably maintain the normal pressure by receiving the first and second fluids flowing into the test chamber 30 after the test. Do.

나아가, 상기 덤프탱크(40)는 상기 덤프탱크(40)로 빨려 들어온 파편 등이 용이하게 청소될 수 있도록, 상기 덤프탱크(40)의 내부를 출입할 수 있도록 하는 탱크 출입구(40A)가 형성되고, 상기 탱크 출입구(40A)를 개폐하는 탱크 도어(42)가 설치될 수 있다.Further, the dump tank 40 is formed with a tank inlet (40A) for entering and exiting the dump tank 40 so that the debris sucked into the dump tank 40 can be easily cleaned. The tank door 42 may be installed to open and close the tank entrance 40A.

또한, 상기 덤프탱크(40)에는, 상기 덤프탱크(40)의 내부와 연통되어 상기 덤프탱크(40)의 내압에 따라 개폐되는 적어도 하나의 안전밸브가 설치됨으로써, 상기 덤프탱크(40) 내 압력이 일정이상으로 상승하면 자동으로 상기 덤프탱크(40) 내 유체가 배기될 수 있어, 실험상 안전성이 확보될 수 있다.In addition, the dump tank 40 is provided with at least one safety valve which communicates with the inside of the dump tank 40 and is opened and closed according to the internal pressure of the dump tank 40, thereby providing a pressure in the dump tank 40. When this rises above a certain amount, the fluid in the dump tank 40 can be automatically exhausted, and thus experimental safety can be secured.

한편, 상기 덤프탱크(40)와 상기 실험챔버(30)는 본 실시 예와 같이 상기 실험챔버(30) 내 가시화를 위해 분리되어 구성될 수도 있지만, 레이저 등을 이용한 가시화가 중요하지 않으면 일체형으로 구성하여도 무방하다.On the other hand, the dump tank 40 and the test chamber 30 may be configured to be separated for visualization in the test chamber 30 as in this embodiment, but if the visualization using a laser or the like is integrally configured You may.

나아가, 본 발명에 따른 실험장치는, 상기 압력실 개폐부(16) 및 챔버 개폐부, 노즐(20) 등의 착탈, 교체를 위해 매 시험마다 분리/체결 작업이 이루어지는데, 이때 구성요소 간 동심이 일치될 수 있도록, 본 발명에 따른 실험장치의 각 구성요소를 선형으로 가이드하는 가이드(70)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 덤프탱크(40)는 부피가 매우 크고 무거워 이동이 어려우므로, 상기 가이드(70)는 상기 덤프탱크(40)를 제외한 나머지 구성요소들만을 가이드하는 것이 바람직하다.Further, the experimental apparatus according to the present invention, the separation / tightening operation is performed for each test for the removal and replacement of the pressure chamber opening and closing part 16, the chamber opening and closing, the nozzle 20, etc., the concentricity between the components In order to be, the guide 70 may be further provided to linearly guide each component of the experimental apparatus according to the present invention. At this time, since the dump tank 40 is very large and heavy, it is difficult to move, and the guide 70 preferably guides only the remaining components except the dump tank 40.

이하, 극초음속유동 실험시 형성되는 압력 및 온도, 유속이 상당히 높기 때문에 시험시 안전을 고려하고, 본 발명에 따른 실험장치가 저가의 비용으로 제작되고 운용될 수 있도록, 다음과 같이 바람직한 설계치를 제시한다. 참고로, 후술할 설계치는, 수치해석이나, 이외 여러 실험 방법에 의해 얻어질 수 있다.Hereinafter, since the pressure, temperature, and flow rate formed during the supersonic flow experiment are considerably high, the safety considerations during the test are considered, and the experimental device according to the present invention can be manufactured and operated at low cost. do. For reference, the design value to be described later can be obtained by numerical analysis or other various experimental methods.

먼저, 상술한 바와 같이 제1,2유체의 분자량이 작을수록 충격파의 강도가 큰 바, 상기 제1유체로는 헬륨, 상기 제2유체로는 공기를 사용하는 것이 보다 바람직 하다.First, as described above, the smaller the molecular weight of the first and second fluids is, the greater the intensity of the shock wave is, and it is more preferable to use helium as the first fluid and air as the second fluid.

상기 고압실(12)의 재질로는 최대 허용압력 900bar, 안전을 고려하여 최대 작동압력 300bar를 기준으로 하는 사용 KS규격 SCH160의 무계목 스테인리스 파이프가 바람직하다. 그리고 상기 고압실(12)은 상용규격 80A로 내경 67mm, 길이 1.5m로 설계하는 것이 바람직하다. 또한 그리고, 상기 고압실(12)의 캡(12A)에는 기밀 유지를 위해 고무 오링이 개재될 수 있도록 지름 81mm, 폭 4.1mm 깊이 2.4mm의 홈을 형성한다.As the material of the high pressure chamber 12, the maximum allowable pressure 900 bar, considering the safety, it is preferable that the stainless steel pipe of the KS standard SCH160 used based on the maximum operating pressure 300 bar. In addition, the high-pressure chamber 12 is preferably designed to have a commercial standard 80A with an inner diameter of 67 mm and a length of 1.5 m. In addition, the cap 12A of the high pressure chamber 12 is formed with a groove having a diameter of 81 mm and a width of 4.1 mm and a depth of 2.4 mm so that a rubber O-ring may be interposed for airtight retention.

상기 저압실(14)의 재질로는 최대 허용압력 900bar, 안전을 고려하여 최대 작동압력 300bar를 기준으로 하는 사용 KS규격 SCH160의 무계목 스테인리스 파이프가 바람직하다. 그리고 상기 저압실(14)은 상용규격 50A로 내경 43.1 mm, 길이 5.25m 설계하는 것이 바람직하다. As the material of the low pressure chamber 14, the maximum allowable pressure 900 bar, in consideration of safety, it is preferable that the stainless steel pipe of the KS standard SCH160 used based on the maximum operating pressure 300 bar. The low pressure chamber 14 is designed to have a commercial standard of 50 A, an inner diameter of 43.1 mm, and a length of 5.25 m.

참고로, 수치해석을 통해 시간에 따라 얻어지는 1차원적인 해를 x-t 다이어그램 방식으로 표현하여 충격파, 접촉 경계면 및 팽창파의 거동을 시간-공간 상에서 추적할 수 있도록 하였으며, 이를 통하여 상기 팽창파가 상기 고압실(12) 끝단에서 반사되어 상기 저압실(14)에 도달하기까지의 시험 가능한 시간을 예측하여, 상기 고압실(12) 및 상기 저압실(14)의 최적 길이를 설계할 수 있다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 충격파 발생 압력비는 600, 상기 고압실(12)의 길이는 1.5m, 상기 저압실(14)의 길이는 5.25m로 상기 고압실(12)과 상기 저압실(14)의 내경 비가 1인 경우(도 6a)와 1.56인 경우(도 6b)에 대한 결과를 제시함으로써 설계의 타당성을 확인하였다.For reference, a one-dimensional solution obtained according to time through numerical analysis is represented by xt diagram method, so that the behavior of shock wave, contact interface and expansion wave can be tracked in time-space, through which the expansion wave is By predicting the testable time from the end of the chamber 12 to reach the low pressure chamber 14, an optimal length of the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber 14 can be designed. 6A and 6B, the shock wave generation pressure ratio is 600, the length of the high pressure chamber 12 is 1.5m, and the length of the low pressure chamber 14 is 5.25m, so that the high pressure chamber 12 and the low pressure chamber are The validity of the design was confirmed by presenting the results for the case where the inner diameter ratio of (14) was 1 (FIG. 6A) and 1.56 (FIG. 6B).

여기서, 도 6a 및 도 6b에서 영역이 구분되는 색으로 표현된 것은 헬륨과 공기를 나타내며, 등압력선도를 함께 흰색 선들로 겹쳐 표현함으로써 구동 기체와 시험 기체의 움직임과 함께 충격파와 팽창파의 거동을 함께 비교할 수 있게 표현하였다. 이러한 방식을 택함으로써 충분한 길이의 상기 고압실(12)로 인해 반사 팽창파가 입사 충격파를 따라잡지 못하며, 주어진 제한 조건에서 최대의 시험시간이 가능하도록 설계가 이루어졌다.Here, in FIG. 6A and FIG. 6B, the regions are divided into colors representing helium and air, and the isobar pressure diagram is superimposed with white lines to express the behavior of the shock wave and the expansion wave along with the movement of the driving gas and the test gas. Expressed together for comparison. By taking this approach, the high pressure chamber 12 of sufficient length prevents the reflected expansion wave from catching up with the incident shock wave, and has been designed to allow maximum test time under given constraint conditions.

상기 압력실 격막(16)은, 상술한 바와 같이 목표하는 파열 압력이 300bar로 설정된 경우, 대략 두께 3mm의 알루미늄 재질로 구성되고, 이때 파열 라인의 깊이는 대략 5~0.6mm이 바람직하다.When the target chamber pressure is set to 300 bar as described above, the pressure chamber diaphragm 16 is made of an aluminum material having a thickness of about 3 mm, and the depth of the burst line is preferably about 5 to 0.6 mm.

이때, 도 7은, 상기 압력실 격막(16)의 형상(유효 두께)과 파열 압력의 관계를 나타내는 그래프로서, 상기 압력실 격막(16)의 파열 라인은, 원추 모양 가공기구를 이용하여 단면 V 자 형태의 뾰족한 홈으로 가공될 수 있는데 이 경우 상대적으로 낮은 압력에서 파열이 발생함을 알 수 있다. 더욱이 상기 압력실 격막(16)의 파열 라인은, 단면 V 자 형태이면, 날카로운 정도가 균일하지 않아 파열 조각이 비대칭으로 발생하는 확률이 높다. 반면, 상기 압력실 격막(16)의 파열 라인은, 단면 U 자 형태로 균일하게 가공된 경우, 보다 높은 압력에서 파열된다. 따라서, 상기 압력실 격막(16)의 파열 라인은, 파열 압력에 따라 설계되는 것이 바람직하다.7 is a graph showing the relationship between the shape (effective thickness) of the pressure chamber diaphragm 16 and the burst pressure. The burst line of the pressure chamber diaphragm 16 has a cross section V using a conical processing mechanism. It can be machined into a pointed groove in the form of a ruler, in which case it can be seen that rupture occurs at a relatively low pressure. Furthermore, if the rupture line of the pressure chamber diaphragm 16 has a V-shaped cross section, the sharpness is not uniform and there is a high probability that the rupture fragments occur asymmetrically. On the other hand, the rupture line of the pressure chamber diaphragm 16 ruptures at a higher pressure when uniformly processed into a U-shaped cross section. Therefore, the burst line of the pressure chamber diaphragm 16 is preferably designed according to the burst pressure.

상기 노즐(20)은 마하수 7의 출구 유동 조건을 만족하는 목-출구 면적비를 예측하여, 상기 노즐(20)의 목부(20B) 직경 12mm, 상기 노즐(20)의 출구 직경 150mm, 상기 노즐(20)의 확장부의 확장각은 8.5도, 상기 노즐(20)의 전체 길이는 481mm로 설계할 수 있다. 참고로, 도 8에 도시된 바와 같이, CFD-FASTRAN을 이용하여 상술한 노즐(20)의 설계치에 대해 노즐(20) 내 유동을 비점성 및 점성 유동 가정으로 각각 해석함으로써 상술한 노즐(20)의 설계치에 대하여 대략 마하수 7를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.The nozzle 20 predicts a neck-outlet area ratio that satisfies the outlet flow condition of Mach number 7, 12 mm in diameter of the neck portion 20B of the nozzle 20, 150 mm in diameter of the outlet of the nozzle 20, and the nozzle 20 The expansion angle of the expansion) is 8.5 degrees, the total length of the nozzle 20 can be designed to 481mm. For reference, as shown in FIG. 8, the nozzle 20 described above is analyzed by using CFD-FASTRAN to interpret the flow in the nozzle 20 as non-viscosity and viscous flow assumptions, respectively, for the design value of the nozzle 20 described above. We can see that we can get about Mach number 7 for the design value of.

이외에도 상기 노즐(20)은, 상기 노즐(20)의 확산부(20C)를 교체함으로써, 최대 마하수 8까지 가능하도록 설계할 수 있다.In addition, the nozzle 20 can be designed to be possible up to Mach number 8 by replacing the diffusion portion 20C of the nozzle 20.

상기 노즐(20)의 수축부(20A)는, 상기 노즐(20)의 수축부(20A) 형상을 결정하기 위해 다양한 조건에 대하여 비정상, 비점성 CFD 시뮬레이션을 수행한 결과, 반사 충격파는 반사 면적이 줄어드는 것에 크게 영향 받지않고 수직 반사 충격파가 모두 형성되는 것을 확인하였으나, 가공상의 편의와 수직 반사 충격파 및 정체조건의 형성이 잘 이루어지는 조건을 고려하여, 상기 노즐(20)의 수축부(20A) 입구 반지름을 12mm로 하는 구면 수축 형상을 선정한다.The contracted portion 20A of the nozzle 20 performs abnormal, non-viscous CFD simulation under various conditions to determine the shape of the contracted portion 20A of the nozzle 20. As a result, the reflected shock wave has a reflected area. Although it was confirmed that all the vertical reflection shock waves are formed without being greatly affected by the reduction, in consideration of processing convenience and the conditions in which the vertical reflection shock waves and stagnation conditions are well formed, the inlet radius of the contraction portion 20A of the nozzle 20 is A spherical shrinkage shape of 12 mm is selected.

상기 실험챔버(30)는, 내부 규격이 300mm × 300mm × 600mm 가 확보되도록 하였고, 가시화 가능 영역은 직경 210mm의 원형으로 하였는데, 가시화를 위한 가시화창(32)은 강화유리 또는 쿼츠 재질로 형성할 수 있으며 그 두께는 20mm이다.The experimental chamber 30, 300mm × 300mm × 600mm internal size is secured, and the visible area is a circular diameter of 210mm, the visualization window 32 for visualization can be formed of tempered glass or quartz material And its thickness is 20mm.

상기 덤프탱크(40)는, 시험 종료 후 내부 압력이 1기압을 넘지 않도록 2m³의 부피로 설계한다.The dump tank 40 is designed to a volume of 2m ³ so that the internal pressure does not exceed 1 atmosphere after the end of the test.

상기 가이드(70)는 상기 가이드(70)에 안내받는 모든 구성요소의 하중 조건을 고려하여 선형운동방식을 채택함으로써 선형 얼라이먼트를 보장하도록 한다.The guide 70 ensures linear alignment by adopting a linear motion method in consideration of the load conditions of all the components guided to the guide 70.

이와 같이 설계된 본 발명의 실험장치는 작동시간을 2msec 내외로서 극초음속유동 실험용으로 충분한 성능 목표를 가질 수 있으며, 상기 실험챔버(30)에서는 PLIF와 같이 레이저를 이용한 가시화, 극초음속유동 가시화, 극초음속 비행체(스크램제트 엔진) 실험 등 다양한 극초음속유동 실험이 가능하다. The experimental apparatus of the present invention designed as described above may have a performance target sufficient for ultrasonic flow experiments with an operating time of about 2 msec. In the experimental chamber 30, visualization using a laser, ultrasonic flow visualization, and ultrasonic speed, such as PLIF Various ultrasonic flow experiments are possible, including flying vehicle (scramjet engine) experiments.

한편, 도 9는 이와 같이 구성된 극초음속 충격파 풍동의 성능을 검증하는 실험을 수행한 결과로서, 성능검증 실험으로 저압실에서 이동하는 충격파의 속도를 측정하고 정체실의 압력을 측정함으로써 시험시간을 확인하였다. 도 9는 저압실(14)에서 3개 지점, 정체실(400) 1개 지점 총 4개 지점에서 정압(Static Pressure)을 측정하여 얻어진 결과로서 점으로 표시된 것은 실험치이며 선으로 표시된 것은 이론 결과이며, 실험치가 이론 계산 조건과 비교적 잘 일치하고 있음을 확인하였다.On the other hand, Figure 9 is a result of performing the experiment to verify the performance of the ultrasonic shock wave wind tunnel configured as described above, the test time by measuring the speed of the shock wave moving in the low pressure chamber and the pressure in the stagnation chamber as a performance verification experiment It was. FIG. 9 is a result obtained by measuring static pressure at three points in the low pressure chamber 14 and a total of four points in one of the stagnation chambers 400. In addition, the experimental data were found to be in good agreement with the theoretical calculation conditions.

도 9에서 p1은 저압실의 압력, p4는 고압실의 초기압력, p5는 정체실의 압력, Us는 충격파의 이동속도(m/s), Ur은 반사충격파의 이동속도, Ms 및 Mr은 각각 충격파의 이동속도 및 반사충격파의 이동속도를 마하수로 환산한 값들을, T5는 정체실의 온도이고, T1은 저압실의 온도를 의미한다.In FIG. 9, p1 is the pressure in the low pressure chamber, p4 is the initial pressure in the high pressure chamber, p5 is the pressure in the stagnation chamber, Us is the movement speed of the shock wave (m / s), Ur is the movement speed of the reflected shock wave, and Ms and Mr are respectively The values obtained by converting the movement speed of the shock wave and the movement speed of the reflected shock wave into Mach number, T5 means the temperature of the stagnation chamber, and T1 means the temperature of the low pressure chamber.

이하, 상기와 같이 구성되고 설계된 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치의 실험과정을 살펴보면, 다음과 같다.Hereinafter, looking at the experimental process of the experimental apparatus using the hypersonic flow according to the present invention constructed and designed as described above.

상기 고압실(12)에 상기 제1유체를 가압하면서 공급하고, 상기 저압실(14)에 제2유체를 공급한다. 이때, 상기 실험챔버(30) 및 상기 덤프탱크(40)는 배압이 유 지되도록 진공상태이다.The first fluid is supplied to the high pressure chamber 12 while being pressurized, and the second fluid is supplied to the low pressure chamber 14. At this time, the test chamber 30 and the dump tank 40 is in a vacuum state to maintain the back pressure.

상기 고압실(12) 내 압력이 상기 압력실 격막(16)의 파열 압력까지 상승하게 되면, 상기 압력실 격막(16)이 파열되고, 이와 동시에 상기 고압실(12) 내 제1유체가 고속으로 상기 저압실(14) 내로 유동됨으로써, 충격파가 발생된다. When the pressure in the high pressure chamber 12 rises to the burst pressure of the pressure chamber diaphragm 16, the pressure chamber diaphragm 16 ruptures, and at the same time, the first fluid in the high pressure chamber 12 at a high speed. By flowing into the low pressure chamber 14, a shock wave is generated.

상기 충격파가 발생된 유동은 상기 저압실(14)의 정체부(14J)에 일시적으로 정체하게 된다. 상기 저압실(14)의 정체부(14J) 압력이 상기 챔버 격막의 파열 압력까지 상승하게 되면, 상기 파열 압력이 파열되고, 이와 동시에 상기 정체되어 있던 유동이 상기 노즐(20)을 통과하면서 극초음속으로 가속되면서 상기 실험챔버(30)로 공급된다.The flow in which the shock wave is generated is temporarily stagnant in the stagnation portion 14J of the low pressure chamber 14. When the pressure of the stagnant portion 14J of the low pressure chamber 14 rises to the burst pressure of the chamber diaphragm, the burst pressure is ruptured, and at the same time, the stagnant flow passes through the nozzle 20 at an ultrasonic speed. While being accelerated to the experimental chamber 30 is supplied.

따라서, 상기 실험챔버(30)에 극초음속유동이 공급됨으로써, 상기 실험챔버(30)에서 극초음속유동 실험이 행해질 수 있다.Therefore, by supplying the hypersonic flow to the experimental chamber 30, the ultrasonic flow experiment can be performed in the experimental chamber 30.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.Since the above has been described only with respect to some of the preferred embodiments that can be implemented by the present invention, the scope of the present invention, as is well known, should not be construed as limited to the above embodiments, the present invention described above It will be said that both the technical idea and the technical idea which together with the base are included in the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치의 구성도이다.1 is a block diagram of an experimental apparatus using ultrasonic flow according to the present invention.

도 2a는 도 1에서 고압실 및 저압실을 연결하는 부분의 단면도로서, 충격파 발생 전 상태를 보여준다.FIG. 2A is a cross-sectional view of a portion connecting the high pressure chamber and the low pressure chamber in FIG. 1 to show a state before the shock wave is generated.

도 2b는 도 1에서 고압실 및 저압실을 연결하는 부분의 단면도로서, 충격파 발생시 상태를 보여준다.FIG. 2B is a cross-sectional view of a portion connecting the high pressure chamber and the low pressure chamber in FIG. 1 to show a state when a shock wave is generated.

도 3은 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치 중, 압력실 격막의 정면도이다.3 is a front view of the pressure chamber diaphragm in the experimental apparatus using the supersonic flow according to the present invention.

도 4a는 도 1에서 저압실과 노즐을 연결하는 부분의 단면도로서, 충격파 발생 전 상태를 보여준다.FIG. 4A is a cross-sectional view of a portion connecting the low pressure chamber and the nozzle in FIG. 1 and shows a state before the shock wave is generated.

도 4b는 도 1에서 저압실과 노즐을 연결하는 부분의 단면도로서, 충격파 발생시 상태를 보여준다.4B is a cross-sectional view of a portion connecting the low pressure chamber and the nozzle in FIG. 1 and shows a state when a shock wave is generated.

도 5는 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치 중, 실험챔버의 사시이다.5 is a perspective view of an experimental chamber in an experimental apparatus using ultrasonic flow according to the present invention.

도 6a는 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치 중, 고압실과 저압실의 내경비가 1일 때, 충격파 발생시 저압실 내 유동 거동을 보여주는 도면이다.Figure 6a is a view showing the flow behavior in the low pressure chamber during the shock wave when the inner ratio of the high pressure chamber and the low pressure chamber of the experimental apparatus using the ultrasonic flow according to the present invention is 1.

도 6b는 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치 중, 고압실과 저압실의 내경비가 1.56일 때, 충격파 발생시 저압실 내 유동 상태를 보여주는 도면이다.Figure 6b is a view showing the flow state in the low pressure chamber when the shock wave occurs when the inner ratio of the high pressure chamber and the low pressure chamber of the experimental apparatus using ultrasonic flow according to the present invention is 1.56.

도 7은 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치 중, 압력실 격막의 형상에 따른 압력실 격막의 파열 압력을 보여주는 그래프이다.7 is a graph showing the burst pressure of the pressure chamber diaphragm according to the shape of the pressure chamber diaphragm in the experimental apparatus using the ultrasonic flow according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치 중, 실험시 노즐 내 유동 상태를 보여주는 도면이다.8 is a view showing a flow state in the nozzle during the experiment of the experimental apparatus using the supersonic flow according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 극초음속유동을 이용한 실험장치의 성능 실험 결과를 보여주는 그래프이다.9 is a graph showing the performance test results of the experimental apparatus using the supersonic flow in accordance with the present invention.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>

10; 충격파 발생부 12; 고압실10; A shock wave generator 12; High pressure room

14; 저압실 16; 압력실 개폐부14; Low pressure chamber 16; Pressure chamber opening

20; 노즐 20A; 수축부20; Nozzle 20A; Contraction

20B; 목부 20C; 확산부20B; Neck 20C; Diffuser

30; 실험챔버 32; 가시화창30; Experimental chamber 32; Visualization window

38; 실험챔버 압력제어부 40; 덤프탱크38; Experiment chamber pressure control unit 40; Dump Tank

Claims

A shock wave generator for generating shock waves in the flow;

A nozzle connected to the shock wave generator, for accelerating the flow introduced from the shock wave generator at an ultrasonic speed;

An experimental chamber connected to the nozzle to supply the ultrasonic flow, and to which the experimental model of the ultrasonic flow experiment is installed;

Experimental apparatus using ultrasonic flow comprising a dump tank having an internal space in communication with the test chamber.

The method according to claim 1,

The shock wave generator,

A high pressure chamber containing a high pressure first fluid;

A low pressure chamber connected to the high pressure chamber and containing a low pressure second fluid;

Experimental apparatus using the ultrasonic flow including the pressure chamber opening and closing the high-pressure chamber and the low-pressure chamber, or the high-pressure chamber and the low-pressure chamber to communicate the shock wave.

The method according to claim 2,

The first fluid is experimental apparatus using ultrasonic flow which is helium.

The method according to claim 2 or 3,

The second fluid is an experimental apparatus using ultrasonic flow which is air.

The method according to claim 2 or 5,

The high pressure chamber and the low pressure chamber each have a constant cross-sectional size;

Experimental apparatus using ultrasonic flow in which the cross-sectional size of the low pressure chamber is smaller than the cross-sectional size of the high pressure chamber.

The method according to claim 2,

The pressure chamber opening and closing portion is installed between the high pressure chamber and the low pressure chamber, the experimental apparatus using a hypersonic flow comprising a pressure chamber diaphragm ruptured by the pressure difference (shock wave generation pressure ratio) between the high pressure chamber and the low pressure chamber.

The method according to claim 6,

The pressure chamber diaphragm is an experimental apparatus using ultrasonic flow of metal or Mylor material.

The method according to claim 7,

The pressure chamber diaphragm, an experimental device using ultrasonic flow in which a rupture line is formed.

The method according to any one of claims 6 to 8,

The cross-sectional size of the pressure chamber diaphragm, experimental apparatus using ultrasonic flow that is more than twice the cross-sectional size of the low pressure chamber.

The method according to claim 6,

Experimental apparatus using ultrasonic flow provided with one or more intermediate pressure chamber between the high pressure chamber and the low pressure chamber, so that the pressure wave generation pressure ratio at which the pressure chamber diaphragm rupture is constant.

The method according to claim 2,

An experimental chamber opening / closing portion is installed at a low pressure chamber side end of the nozzle to selectively communicate the low pressure chamber with the experimental chamber;

The low pressure chamber is located at the nozzle side end of the low pressure chamber, and the cross-sectional size is formed to be smaller than the cross-sectional size of the adjacent portion of the low pressure chamber, so that the shock wave is reflected until the low pressure chamber and the test chamber communicate with each other. Experimental apparatus using ultrasonic flow having a stagnation in which the shock wave generated flow is stagnant.

The method according to claim 1 or 2,

The nozzle is connected to the low pressure chamber, and the shrinkage portion that the cross-sectional size is smaller from the low pressure chamber toward the test chamber;

A diffusion part connected to the test chamber and having a larger size of the test chamber-side outlet cross-section than the contraction-side inlet cross-sectional size;

Experimental apparatus using ultrasonic flow comprising a neck portion connecting the diffusion portion and the contraction portion.

The method according to claim 12,

The diffusion unit of the nozzle, the experimental apparatus using the hypersonic flow that is divided into a plurality of removable along the flow direction.

The method according to claim 1 or 2,

And a nozzle-chamber connection part coupled to the nozzle connection part of the test chamber so as to be detachable and having a nozzle insertion part into which the nozzle is inserted.

The method according to claim 1 or 2,

The experimental chamber is an experimental apparatus using ultrasonic flow having at least one visualization window so that the interior of the experimental chamber can be visualized.

The method according to claim 1 or 2,

An experiment chamber opening and closing portion for communicating or blocking the experiment chamber with the low pressure chamber;

And an experiment chamber pressure control unit connected to the experiment chamber to control the pressure in the experiment chamber blocked from the low pressure chamber.

The method according to claim 16,

The experimental chamber opening and closing portion is installed in the nozzle, the experimental apparatus using an ultrasonic flow comprising an experimental chamber diaphragm ruptured by the shock wave generated in the shock wave generator.

The method according to claim 17,

The experimental chamber diaphragm is an experimental apparatus using ultrasonic flow of metal or Mylor material.

The method according to claim 1 or 2,

The dump tank, the experimental apparatus using the supersonic flow is installed in communication with the interior of the dump tank and the safety valve is opened and closed in accordance with the internal pressure of the dump tank.

The method according to claim 1 or 2,

The dump tank is formed with a tank inlet port to enter and exit the interior of the dump tank;

Experimental apparatus using ultrasonic flow provided with a tank door that can be opened and closed at the tank entrance.