A Study on the Acoustic Damping Characteristics of Acoustic Cavities in a Liquid Rocket Engine

로켓엔진에서 음향공의 음향학적 감쇠능력에 대한 고찰

Linear acoustic analysis has been performed to elucidate damping characteristics of acoustic cavities. Results have shown that resonant frequencies of acoustic cavity obtained by classical theoretic approach and present linear analysis are somewhat different from each other. This difference is due to the limitation of classical theory. To quantify the damping characteristics, acoustic impedance has been introduced and resultant absorption and conductance have been evaluated. Satisfactory agreement has been achieved with previous experiment. Finally the design procedure for optimal tuning of acoustic cavity has been established

고주파 연소불안정 제어를 위하여 사용되는 음향공에 대하여, 3차원 선형 음향해석을 수행하여 음향공의 감쇠 능력을 정량화하고자 하였다. 공진주파수는 상온에서 고전적 이론에 의한 공진주파수와 약 $6\%$, 압력 비에 의한 결과와는 약 $10\%$의 차이를 보임을 확인하였다. 감쇠 능력의 정량화를 위하여 acoustic impedance를 도입하여 흡수계수와 conductance를 도출하였다. 음향공의 개수에 따른 acoustic impedance 특성을 살펴보았고, 기존의 결과와 정량적으로 유사함을 확인하였다. 기하학적으로 동일한 음향공이 여러 개 설치된 연소실에서는 음향장의 특성과는 상관없이 각각의 음향공이 동일한 특성을 보임을 확인하였고, 최적의 음향공의 개수를 판정하는 것은 하나의 음향공의 acoustic impedance를 제대로 정량화하여 가능하다. 이로써 acoustic impedance를 도입하여 음향공의 최적 동조를 위한 설계 절차를 확립하였다.