Split-triplet 분사기를 장착한 액체 추진제 로켓엔진의 연소특성 해석

Numerical Analysis of Combustion Characteristics in a Liquid Propellant Rocket Engine with Split-triplet Injector Elements

Split-triplet(F-O-O-F)형의 분사기 요소를 장착한 KSR-III 액체 로켓엔진의 성능과 연소장을 고찰하기 위해 수치해석을 수행하였다. 방사형 분사기 배열의 액체 로켓엔진의 수치해석 검증을 위해 2차원 축대칭과 3차원 계산을 수행하여 연소시험 결과와 비교하였다. 2차원 축대칭 계산과 3차원 해석을 통하여 성능 측면에서 오차가 약 3∼5% 정도의 정확도를 유지하며 예측하는 것을 볼 수 있었다. 3차원 해석에서는 연소장을 해석하여 분사기 면의 온도 분포가 연소 시험결과와 정성적으로 일치하는 것을 볼 수 있었다. 또한 충돌각의 감소와 분사기 배열의 직교-방사형으로 변경이 방사형 분사기배열의 국부적인 고온 영역을 감소시키며 성능에도 영향을 미치는 것을 볼 수 있었다. 이러한 해석을 통하여 분사기 배열과 충돌각 선정이 액체 로켓엔진의 성능과 연소장에 영향을 미치는 중요한 요인이 됨을 알 수 있었다.

Combustion characteristics of a KSR-III liquid rocket engine with split-triplet (F-O-O-F) type injector elements are investigated numerically from the viewpoints of engine performance and combustion flowfield. To evaluate numerical analysis of liquid rocket engine with radial type injector arrangement, 2-D axisymmetric and 3-D calculations are carried out and the prediction of engine performance for design and off-design conditions is in a good agreement with hot-firing tests. According to 2-D axisymmetric and 3-D calculations, the prediction error is 3∼5 % from the standpoint of performance. Numerical results of combustion characteristics calculated through 3-D analysis agree well with hot-firing tests qualitatively at injector plate. Decreasing impinging angle and changing radial type injector arrangement to H type injector arrangement reduce effectively local high-temperature region. Also, it is examined that those affect the performance seriously. In conclusion, it is revealed that both injector arrangement and impinging angle are critical parameters to affect the performance and combustion characteristics of the liquid rocket engine.