본 연구에서는 내부 무장창에서 투하되는 무장의 분리 궤적을 예측하는 공학적 해석 기법을 제안하였다. 외부 장착물의 분리 궤적 예측을 위하여 일반적으로 사용하는 공학적 기법인 Grid survey 기법은 내부 무장창에서 무장이 받는 비정상성이 강한 공력 특성을 예측하기 어려워 내부 무장창으로부터 분리되는 무장의 궤적을 예측하는데 적합하지 않다.
이에 따라 CFD(Computational Fluid Dynamics) 해석자를 통하여 공동 유동 내의 무장의 공력 해석을 수행하고 무장의 분리 궤적을 예측하였다. 공동 유동의 복잡한 유동 특성을 정밀하게 포착하기 위하여 DDES(Delayed Detached Eddy Simulation) 및 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 해석을 수행하였다. DDES 및 RANS 해석을 통하여 DDES의 해석 결과가 RANS의 해석 결과보다 개방형 공동의 압력 진동의 주파수 모드를 더욱 정밀하게 모사하는 것을 보였다. 하지만 sting 장착 여부에 따른 무장의 DDES 및 RANS 해석 결과에서 시간 평균 표면 압력 분포 차이가 거의 없었다. 이를 통하여 RANS 및 DDES 해석 모두 공동 내부 무장의 공력 특성을 잘 모사하는 것을 보였다.
MSAPv(Multi-body Separation Analysis Program-viscous)을 통하여 개방형 공동에서 투하되는 무장의 시간 엄밀 해석을 수행하였다. MSAPv은 RANS를 기반으로 한 CFD 해석자로 6 자유도 해석이 가능하여 매우 정밀한 궤적 예측이 가능하다.
본 연구에서 제안하는 공학적 분리 궤적 예측 기법은 Grid survey 기법과 Monte Carlo 해석을 바탕으로 개발하였다. URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) 해석을 통하여 구한 공동 내 무장의 시간 이력 공력 데이터로 평균 및 표준 편차를 구하였다. 간섭 유동장을 모사하기 위한 공력 데이터베이스는 앞서 구한 URANS의 결과 및 자유류에서의 공력 특성을 사용하여 구성하였다. Ergodicity 가정으로 시간 평균은 앙상블 평균과 같으므로 앞서 구한 공력 계수의 평균 및 표준 편차를 통하여 Correlated Monte Carlo 해석을 수행하였다.
본 연구의 Grid survey 기법을 검증하기 위하여 널리 사용되는 AEDC(Arnold Engineering Development Center)의 Eglin wing/pylon/store 문제를 사용하였다. 외부 무장의 간섭 데이터베이스는 MSAPv을 사용하여 구축하였으며, 이를 통하여 구한 궤적을 CTS(Captive Trajectory Simulation) 결과와 MSAPv을 통하여 구한 시간 엄밀 해석 결과와 비교하였다. 또한 MER(Multiple Ejector Rack)에서 분리되는 무장의 궤적을 Grid survey 기법으로 예측하고 이를 시간 엄밀 해석한 궤적과 비교하였다. Grid survey 기법을 통하여 구한 두 결과 모두 다른 예측 기법의 결과와 잘 일치하였다.
본 연구에서 제안하는 공학적 분리 궤적 예측 기법으로 개방형 공동에서 투하하는 MK-82의 궤적을 사출력 적용 유무에 따른 궤적을 예측하였다. 이는 Cholesky 분해를 사용하여 Correlated Monte Carlo 해석을 수행하는 Grid survey 기법으로, 이를 통하여 구한 궤적을 MSAPv을 통하여 구한 시간 엄밀 해석 결과와 비교하였다. 이를 통하여 내부 무장창에서 분리되는 무장의 궤적을 예측하기 위하여 본 연구에서 제안한 공학적 기법이 무장의 분리 안전을 판단하는데 사용될 수 있음을 보였다.