Linear Acoustic Waves in Baffled Rocket Combustion Chambers

배플이 달린 로켁 연소실내의 음향 효과

A linear acoustic analysis for baffled rocket combustion chambers has been developed. This study provides the comprehensive theoretical background for the baffle as one of the stabilizing devices in a liquid rocket propulsion system. Several specific effects of baffles are presented as mechanisms by which baffles eliminate instability. Included are longitudinalization of transverse waves inside baffle compartments, severe restriction of velocity fluctuations near the injector face, and decreased normal mode frequency of the chamber.

고온 고압의 액체 로켓 엔진 연소실 설계에서 연소 불안정 현상은 항상 큰 문제로 인식되어 왔다. 이 문제의 근본적인 원인은 연소로 인한 급격한 열 방출에 기인하며 연소 과정에서 생기는 아주 작은 소음이 연소실 내의 음향모드와 상이 일치하면서 연소실 내의 압력이 급격히 높아져 엔진의 파손까지도 가져오게 한다. 본 연구는 이러한 연소 불안정 현상을 제거하기 위해 사용되는 안정화 장치로서 배플이 어떻게 로켓 연소실의 안정화에 도움을 주는가에 대한 이론적인 배경을 제공하는데 그 주안점을 두어 베플이 부착된 연소실에 대하여 음향해석을 행하여 배플을 사용함으로 인한 여러 가지 특이한 효과들이 연소 불안정 현상을 제거하는 중요한 메카니즘으로 작용함을 밝혀 내었다. 이중 대표적인 것으로는 첫째, 배플 격실내에서 횡모드 음향파가 종모드화되는 경향이며, 둘째, 연료 분사면 주위에서 불안정 유동이 극히 억제되는 현상과, 셋째로 연소실 내의 정상모드 진동수가 감소되는 현상등이다.