Experiments on the Detonation Propagation in Small Tubes

가는 관내에서의 데토네이션 전파에 관한 실험적 연구

The interest on the detonation in small tubes, which can be applied to the ignition devices of propulsion system, is increasing. However, the propagation dynamics of detonation waves in small tubes has not been investigated clearly yet. In the present experiments, propagations of detonation waves in stoichiometric propane-oxygen mixture through transparent tubes were recorded using a high speed camera and average velocities were measured as well. In terms of average velocity, there exists a transition regime where the waves show smooth transition from the normal Chapman-Jouguet(CJ) detonation to the low velocity detonation$(\sim0.5V_{CJ})$ along the decreasing initial pressure. In this transition regime, the detonation waves are highly unstable and show cyclic or intermittent longitudinal velocity fluctuation.

연소파를 이용한 로켓 점화장치 등에의 응용으로 관내에서 전파되는 데토네이션에 대한 관심이 증대되고 있으나 그 특성에 관하여 알려진 바는 많지 않다. 본 실험적 연구에서는 프로판-산소 혼합기로 채워진 직경 5mm, 길이 30m의 투명한 관을 이용하여 데토네이션 파의 진행을 고속촬영을 통하여 가시화하였다. 평균 속도를 측정한 결과, 압력이 감소함에 따라 정상적인 Chapman-Jouguet(CJ) 모드에서 약 $0.5V_{CJ}$에 이르는 저속 모드로 평균 속도가 감소하는 천이 영역이 존재한다. 관 길이 전체에 걸쳐 데토네이션 전파의 동적 특성을 관찰한 결과, 천이 영역에서는 데토네이션이 매우 불안정하여 주기적이거나 간헐적인 속도의 출렁임이 발생한다.