CFD-Based Analysis of Shock Stand-Off Distance Around a Sphere in Carbon Dioxide Hypersonic Flow

이산화탄소(CO₂) 유동에서 구형 물체의 충격파 이격 거리를 전산유체역학(CFD)을 활용하여 수치적으로 평가하였으며, 마하 수 변화에 기반한 예측 공식을 도출하는 데 중점을 두었다. 충격파 이격 거리의 정확한 예측은 화성처럼 CO₂가 풍부한 대기로 진입하는 비행체의 공력 및 열 설계에 있어 필수적이다. CFD 시뮬레이션은 축대칭 조건 하에서 다양한 마하 수 범위에 걸쳐 수행되었으며, 열화학적 비평형 효과를 반영하였다. 연구 전반에 걸쳐 이산화탄소 해리에 관련된 화학 반응 매개 변수의 영향도 함께 분석되었다. 그 결과, 화학 반응은 충격파 이격 거리에 미치는 영향은 미미하지만, 충격파 뒤에서의 최고 온도에는 화학 반응 매개 변수가 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 계산된 충격파 이격 거리는 지구 대기 조건에서 흔히 사용되는 경험식들과 비교되었으며, 이 중 밀도비에 기반한 간단한 상관식이 CO₂ 극초음속 유동 조건에서의 CFD 결과와 특히 잘 일치하는 것으로 확인되었다.