Numerical Study of Nonlinear Acoustic Damping Induced by Acoustic Resonators in a Rocket Combustor

Nonlinear acoustic damping of a half-wave acoustic resonator in a rocket combustor is investigated numerically adopting a nonlinear acoustic analysis. First, in a baseline chamber without any resonators, acoustic behavior is investigated over the wide range of acoustic amplitude from 80 dB to 150 dB. Damping factor increases nonlinearly with acoustic amplitude and nonlinearity becomes appreciable at acoustic amplitude above 125 dB. Next, damping effect of a half-wave resonator is investigated. It is found that nonlinear acoustic excitation does not affect optimum tuning condition of the resonator, which is derived from linear acoustics. A half-wave resonator is effective even for acoustic damping of high-amplitude pressure oscillation, but its function of acoustic damper is relatively weakened compared with the case of linear acoustic excitation.

로켓엔진 연소기내 공명기에 의한 비선형 음향감쇠에 관한 수치해석적 연구

연소 안정화를 위해 로켓엔진 연소기에 장착될 수 있는 반파장 음향 공명기의 비선형 음향 감쇠 특성을 비선형 해석을 통해 조사하였다. 먼저, 공명기가 장착되지 않은 기본 연소실에 대해 넓은 범위의 진폭($80{\sim}150$ dB)을 갖는 음향 가진에 대한 연소실의 감쇠 거동을 조사한 결과, 진폭에 따라 연소실의 감쇠인자가 증가하며 125 dB 이상의 진폭에 대해서는 비선형 거동이 뚜렷이 나타남을 알았다. 반파장 공명기가 장착된 연소기에서의 계산 결과, 해당 공명기의 최적 동조조건은 진폭에 무관하였고, 높은 진폭의 압력파를 감쇠하는 기능은 유지되지만, 상대적으로 음향 공명기로서의 역할은 약화됨을 알 수 있었다.