Controlling Factors of Open-Loop Combustion Response to Acoustic Pressures in Liquid Propellant Rocket Engine

강한 압력파동에 구속된 액체 추진제 연소응답의 지배인자

This paper targets to define controlling factors of pressure-coupled combustion response and estimate their effects on droplet evaporation process. Dynamic characteristics of hydrocarbon propellant vaporization perturbed by acoustic pressure are numerically simulated and analyzed. 1-D droplet model including phase equilibrium between two phases is applied and acoustic wave is expressed by harmonic function. Effects of various design factors and acoustic pressure on combustion response are investigated with parametric studies. Results show that driving frequency of acoustic perturbation and ambient pressure have important roles in determining magnitude and phase of combustion response. On the other hand, other parameters such as gas temperature, initial droplet size and temperature, and amplitude of acoustic wave cause only minor changes to magnitude of combustion response. Resultant changes in phase of heat of vaporization and thermal wave in droplet highly influence magnitude and phase of combustion response.

본 논문에서는 강한 압력파동에 구속된 액체 추진제 연소응답의 지배인자를 규명하고 비정상 거동 특성을 평가한다. 외부 압력섭동에 의해 교란된 탄화수소 계열 액체 추진제의 비정상 거동을 수치계산하고 연소응답의 관점에서 분석한다. 2상 사이의 평형을 고려한 1차원 액적기화 모델을 적용하고 압력파동은 인위적인 조화함수식으로 설정한다 외부 기상의 압력과 온도, 액적의 초기 직경과 내부온도, 외부 압력파동의 진폭과 구동 주파수 등 액체 로켓의 주요 설계인자 및 작동변수의 영향을 고찰한다. 본 연구를 통해 외부 압력파동의 구동 주파수와 외부 기상압력은 연소응답의 크기와 위상을 결정하는 지배인자임이 규명된 반면 외부 기상온도, 액적의 초기 직경과 외부온도 및 압력파동의 진폭 등은 연소응답과 약한 상관관계를 갖거나 그 영향이 미미하다. 기화열 섭동의 위상 및 액적표면과 내부의 파동에너지 전파특성이 연소응답의 크기와 위상을 결정한다.