| 초록 |
□ 연구개요 1) 연구의 필요성 추진기관에서 관찰되는 연소불안정은 과도한 압력진동을 동반하여 연소기를 손상시키기 때문에 반드시 억제되어야 함. 다양한 추진기관에서 비정상적 열 방출 진동과 압력진동이 상호 작용하여 열음향 불안정(thermoacoustic instability)이 발생하는 것이 보고됨. PMMA 연료를 사용한 하이브리드 로켓 실험연구에서 후연소실에서 발생하는 압력진동과 열방출 진동의 주기적 열음향결합 발생이 연소불안정의 원인임을 확인. 한편 다수의 연구에서 파라핀 왁스 연소 시 불안정한 연소 압력 진동이 관찰되며 연료 표면에 액체층 및 액적이 생성되는 것이 보고됨. 후연소실 제거 시 연소불안정이 발생하지 않으며 이는 PMMA 연료를 사용한 하이브리드 로켓 실험연구에서 나타난 특징과 동일함. 따라서 PMMA 연료 시 나타나는 연소불안정의 발생과 유사하게, 파라핀 왁스 연소시 발생된 액적은 후연소실로 유입되어 열방출 진동의 원인으로 작용하며, 압력 섭동과 상호 결합하여 연소불안정으로 발전할 가능성이 있음. 다만 연소 중 파동 형태의 액체층이 형성되며 후연소실 액체층 축적 등의 변수가 연소불안정에 미치는 영향에 대해 추가적으로 규명이 필요 2) 가설 및 최종목표 최종 목표 : 파라핀 왁스 연소에서 액적 발생과 저주파수 연소불안정 실험과 모델링 계산 기법 등을 통하여 파라핀 연소 시 발생하는 열음향 결합과 저주 파수 연소불안정과의 관계의 규명을 목표로 함 □ 연구 목표대비 연구결과 ◼ 1차년도 연구 목표 : 파라핀 왁스 액적 발생에 의한 비정상 연소압력 진동 연구 결과 • 스핀캐스팅 및 기본 연소실험 시스템 설비 구성 완료 • 후연소실 액체층의 추가적인 연소와 연소 초반 비정상 연소압력 진동의 상관관계 확인 ◼ 2차년도 연구 목표 : 파라핀 왁스 연소불안정과 열음향 결합 연구 결과 • 파라핀 왁스의 초임계 영역에서 발생하는 저주파수 연소 불안정 재현 실험 완료 • 후연소실 액체층의 추가적인 연소와 초반 비정상 연소 ◼ 3차년도 연구 목표 : 파라핀 왁스 연소에 대한 열음향 결합 모델과 검증실험 연구 결과 : 열 음향 결합에 의한 연소불안정 발생 모델링 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 하이브리드 로켓은 기술 성능검증 발사체, 과학로켓, 우주 여객선 등 다양한 분야에서 사용되며 파라핀 왁스는 높은 연소율을 갖는 연료로 주목받음. • 하이브리드 로켓의 주요한 문제점인 저주파수 연소불안정의 메커니즘을 제시하고, 미진한 하이브리드 로켓 개발의 기초 자료로 사용될 수 있음. • 저주파수 연소불안정의 발생 메커니즘을 후연소실 가시화, 열방출 진동 측정, 모델링 계산 등 다양한 기법을 활용하여 파악함. • 연소불안정 메커니즘 이해는 로켓의 복잡한 유동 및 연소의 복합적인 이해를 기반으로 하며 이는 다양한 로켓추진분야에서 적용될 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
