Development of a Mach 6 Nozzle and Reservoir Heating System for High-Altitude Simulation in a Ludwieg Tube

본 연구에서는 건국대학교 루드비히 튜브에서 극초음속 유동 환경과 고도를 모사하기 위해 마하수 6 노즐과 저장관 가열 시스템을 설계하고 구축하였다. 쐐기 모델과 피토 레이크를 이용해 노즐의 유동 특성을 검증한 결과, 노즐 출구 중심축 기준 반경 최소 45 mm 범위에서 마하수 6의 균질한 유동이 형성됨을 확인하였다. 구축된 저장관 가열 시스템은 저장관 내부 공기를 최대 800 K까지 가열할 수 있다. 이를 활용해 저장관의 전온도를 높이면, 노즐 출구에서 응결 현상이 발생하지 않고 마하수 6 유동이 시험부에서 균질하게 발달함을 확인하였다. 또한, 정상 유동 시간을 측정하기 위해 피스톤 뒷단과 저장관에 압력 센서를 설치한 결과, 저장관을 가열하지 않은 상태에서는 약 90 ms 동안 정상 유동 상태가 유지되었다. 저장관가열 시 음속 증가로 팽창파 전파 속도가 빨라져 정상 유동 시간이 단축됨을 확인하였다.