고속 슈리렌 시각화를 이용한 초음속 경계층에서의 제2 모드 불안정 성장 및 붕괴에 대한 실험적 연구

시각화 실험은 높은 마하 수 조건에서 가느다란 원뿔의 경계층 내 불안정성 파의 발전을 조사하기 위해 수행된다. 실험 시설은 반사 충격 풍동으로, 저속 (마하 8 비행에 해당) 및 고엔탈피 조건을 모두 시뮬레이션할 수 있다. 제2 모드 불안정성 파는 고속 슈리렌 장비를 이용하여 시각화되며, 빛의 펄스 분출로 파 패킷의 전파 속도를 명확하게 해석할 수 있다. 이는 이미지에서 파생된 파장 정보와 결합하여 교란 주파수를 계산할 수 있게 한다. 낮은 엔탈피 조건에서는 흐름의 비감 및 전이 영역에 집중한다. 매끄러운 및 다공성 세라믹 표면의 원뿔에서 시간 분석 및 집합 평균 스펙트럼을 통해 일반적인 특성이 드러난다. 개별 파 패킷의 발전 분석이 이어진다. 파 패킷 구조는 ‘밧줄처럼’ 나타나는 모습에서 교란이 붕괴에 가까워짐에 따라 점점 더 얽히는 형태로 진화하는 것으로 나타났다. 기본 및 첫 번째 고조파의 벽 평행 교란 분포는 초기에는 벽에서와 y/=0.7–0.75 부근에서 지역 최대치를 가지며, 이 발전 과정 중 경계층 가장자리 근처에서 신호 에너지가 증가한다. 교란의 구조 각도 또한 붕괴 전에 파 패킷이 발전함에 따라 미세한 변화를 겪는다. 또한, 층류 영역에서 높은 엔탈피 (h₀ 12~MJ~kg^-1) 조건에서 실험이 수행되며, 이러한 조건에서 파 패킷 전파 속도와 주파수를 해석할 수 있는 시각화 기술이 증명된다. 시각화는 저엔탈피 경우와 다소 다른 벽 평행 분포를 드러내며, 교란 에너지가 벽 쪽으로 더욱 집중되어 있음을 보여준다. 이는 높은 엔탈피에서 벽이 매우 냉각된 성질 때문으로 돌린다.