연소실에서 1/4파장 공명기의 주파수 동조에 대한 수치적 연구

A Numerical Study on Acoustic Tuning of Quarter-Wave Resonators in a Model Combustion Chamber

로켓엔진 연소기의 연소 불안정 억제를 위해 연소 상황에서의 1/4파장 공명기의 주파수 동조를 수치적으로 연구하였다. 상온 음향 시험을 통해 도출된 최적 감쇠 조건을 충족시키는 사양의 1/4파장 공명기를 채택하였다. 먼저, 실규모 연소실의 조건을 모사한 모형 연소실에서의 연소장을 수치해석하여 기본 음향파 응답 특성을 분석하였다. 다음으로, 이 연소실에 음향 공명기를 장착하여 공명기 내부 물성치를 예측하였다. 이러한 기본 데이터를 토대로 특정 음향 모드를 감쇠시킬 수 있는 주파수 동조 방안을 연구하였다. 각 공명기 내부의 물성치를 토대로 공명기를 개별 공명기의 최적 동조 길이로 설계할 경우에 충분한 감쇠 성능을 얻을 수 있었다. 설계의 편의를 위해 모든 공명기를 동일길이로 설정한 경우, 길이에 따른 감쇠성능을 비교하여 제시하였다. 이를 토대로 최적의 동조길이를 찾을 수 있었다.

Acoustic tuning frequency of quarter-wave resonators is investigated numerically to suppress combustion instability in a liquid rocket engine. A quarter-wave resonator is adopted, which was designed from the cold acoustic test for optimal damping condition. First, in a model combustion chamber scaled down from a full-scale chamber, reactive flow filed is analyzed numerically and acoustic-pressure responses are examined. Next, thermodynamic properties in the resonators are predicted. Based on the data, frequency tuning method is studied. The optimum tuning length of each resonator is proposed and thereby, sufficient damping is produced.