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초록·키워드
우주 산업이 빠르게 발전함에 따라 가격경쟁력을 가진 발사체에 대한 수요가 증가하고 있다. 발사 단가를 낮추는 방안 중 하나로 재사용 발사체가 주목받고 있다. SpaceX사는 재사용 발사체인 Falcon 9 발사체 1단의 회수에 성공하여 상용화 단계에 접어들었다. Falcon 9 발사체는 주 엔진 차단 이후 발사체 1단과 2단이 분리되며, 착륙지점 유도 기동과 재진입 점화 기동을 통해 회수 기동을 수행한다. 발사체에 발생하는 열 하중 분석은 열 차단계(TPS) 설계에 있어서 중요한 요소이다. 고고도에서 착륙지점 유도 기동 중인 발사체는 초음속의 속도로 상승하며, 발사체 상단에 충격파가 발생하고 엔진 점화로 인한 고팽창 플룸이 형성된다. 재진입 점화 기동 중인 발사체는 감속을 위한 엔진 점화로 플룸이 방출되며, 충격파가 발생한다. 재진입 점화 기동 중인 발사체 주변에 발생한 충격파와 플룸의 상호작용 과정에는 전단층이 발생하며, 고온 플룸의 일부는 발사체 표면으로 되돌아온다. 이때 발생한 고온의 기체는 발사체 표면에 국소적인 열하중을 집중시킬 수 있다. 본 연구에서는 고고도 영역에서 회수 기동 중인 재사용 발사체 주변의 유동 분석을 위한 기초 연구로써 자유류와 발사체 연료를 아르곤(Ar)으로 가정하였다. 해석 방법으로는 비평형 유동의 전산모사 방법인 DSMC와 효율 증대를 기대할 수 있는 FP-DSMC 하이브리드 기법을 사용하였다.
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