Performance Analysis of the Supersonic Nozzle Employed in a Small Liquid-rocket Engine for Ground Firing Test

소형 액체로켓엔진 지상연소시험용 초음속 노즐의 성능해석

A computational analysis of nozzle flow characteristics and plume structure using Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $k-{\omega}$ SST turbulence model was conducted to examine performance of the supersonic nozzle employed in a small liquid-rocket engine for ground firing test. Computed results and experimental outcome of 2-D converging-diverging nozzle flow were compared for verifying the computational capability as well as the turbulence model validity. Numerical computations of 2-D axisymmetric nozzle flow was carried out with the selected model. As a result, flow separation with backflow appeared around the nozzle exit. This investigation was reported as a background data for the optimal nozzle design of small liquid-propellant rocket engine for ground test.

지상연소시험용 소형 액체로켓엔진 초음속 노즐의 성능해석을 위하여 노즐내 유동특성 및 플룸 구조를 $k-{\omega}$ SST모델을 사용한 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식으로 해석하였다. 해석기법의 검증을 위하여 2차원 축소-확대 노즐 초음속 유동의 해석값과 실험치를 비교하고, 검증된 기법으로 2차원 축대칭 노즐의 성능해석을 수행하였다. 그 결과 노즐 내부에 유동박리 및 역류현상의 발생이 확인되었으며, 이 해석결과는 소형 액체로켓엔진 노즐 최적설계에의 기초자료로 제시되었다.