Abstract
Hybrid rocket combustion displays low frequency instability(LFI, 10~30Hz) at a certain condition. Vortex shedding in the post-chamber is suspected to cause the occurrence of LFI. This study focused on the visualization of flow image using light emissions from high temperature combustion gas. Results shows that combustion pressure oscillates at a frequency of about 18 Hz, which is in phase with oscillations of light emission. Since LFI is not a property of thermo-acoustic instability, this result suggested there exists a physical coupling of pressure fluctuations with light emissions proportional to chemical reaction. Also POD analysis shows that dominant symmetric spatial modes in the stable combustion shift suddenly into asymmetric spatial pattern with the appearance of LFI. Especially, the appearance of mode 3 is a typical change of flow dynamics in unstable combustion representing a rotational fluid motions associated with vortex shedding.
하이브리드 로켓은 특정한 연소조건에서 10~30Hz 저주파수 연소불안정이 나타난다. 후연소실의 와류 흘림 현상이 저주파수 불안정 발생과 직접적인 관련이 있는 것으로 판단되며, 이를 확인하기 위하여 발광하는 연소가스의 후연소실 내부유동을 직접 촬영하여 광도 분석과 유동 가시화를 시도하였다. 저주파수 연소불안정이 발생하면 일정한 주기(~18Hz)를 갖는 광도 변화가 나타났으며, 압력교란(p')의 위상(phase)이 거의 일치하고 있어 비-음향 불안정임에도 불구하고 압력과 연소교란이 상호 간섭하고 있음을 확인하였다. POD에 의한 유동 모드 분석결과 안정한 연소가 발생하면 후연소실 유동은 공간적으로 상하 대칭 모드 형태를 이루지만 불안정 연소에서는 수직방향 경사각을 이루는 대칭축을 중심으로 변화하는 유동모드가 나타난다. 특히 3번 모드는 불안정 연소가 발생하는 경우에만 나타나는 유동 모드이다. 불안정 연소가 발생하는 경우에 수직선을 대칭으로 변하는 모드가 나타나는 것은 저주파수 연소불안정이 발생할 때 와류 흘림인 것으로 판단할 수 있다.
