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초음속 비행체 전방동체에 작용하는 공력가열 저감을 위한 극초단 레이저 펄스 제어 기법 연구
Investigation of Aerodynamic Heating Reduction on Forebody of Supersonic Vehicles Using Ultrashort Laser Pulse Control
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저자      주보철
소속      평양공업대학
학술지    한국항공우주공학연구 (한국항공우주공학회)
발행      유안(宥安)2년 8월 26일
권호      vol.132, pp.76-106
등재      KCI 후보
분야      공학
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초록

본 연구는 초음속 비행 시 전방동체 표면에 발생하는 극도의 공력가열 현상을 제어하기 위해 극초단 레이저 펄스를 이용한 플라즈마 생체외 유동제어 기법을 분석하였다. 이를 위해 3차원 나비어-스토크스 방정식을 기반으로 한 수치해석 모델을 구축하고, 마하수 5 이상의 극초속 유동 조건에서 레이저 에너지 주입이 충격파 구조 및 표면 열전달률에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 해석 결과, 전방동체 상류에 생성된 플라즈마 필라멘트는 보우 쇼크를 전방으로 이격시키며 표면으로 유입되는 엔탈피 플럭스를 효과적으로 분산시키는 것으로 확인되었다. 특히 레이저 펄스의 반복 주파수와 빔 지향 각도를 최적화할 경우, 열차폐벽의 최대 표면 온도를 약 18.7%까지 저감할 수 있음을 입증하였다. 본 연구는 능동형 유동제어를 통한 고온 가스 동역학적 한계 극복의 가능성을 제시하며, 향후 차세대 극초음속 비행체 열보호 시스템 설계의 기초 자료로 활용될 수 있다.

주제어: 공력가열, 유동제어, 극초단 레이저, 극초음속, 수치해석

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