Development of Analysis Code for Evaluation of Acoustic Stability of Rocket Engine Combustor with Various Designs

In this study, a three-dimensional finite-element analysis code has been developed to predict acoustic behaviors in rocket combustion chambers and to quantitatively evaluate acoustic stability margins for various designs with passive stabilization devices such as baffle and acoustic resonators. As a validation case, computations are made for combustion chambers with/without a hub-and-six-blade baffle which are developed in the KSR-III Development Program. Compared with experimental results from ambient acoustic test, the numerical approach reasonably well predicts acoustic pressure responses to acoustic oscillation excitation for both unbaffled and baffled combustion chambers and yields quantitatively good agreement for acoustic damping effects of baffle installation in terms of damping factor ratio and resonant frequency shift.

로켓엔진 연소기 설계의 음향안정성 평가를 위한 해석코드 개발

고주파 연소불안정을 억제/방지하기 위해서는 가장 먼저 로켓엔진 연소기 내에서 나타나는 음향학적 특성을 파악하여야 하며, 수동안정화기구의 장착에 따른 음향안정성 여분을 정량적으로 비교/평가하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 기존의 실험적 평가방법을 대체할 수 있는 3차원 음향 해석코드를 개발하였으며, KSR-III 엔진 개발과정을 통해 수행되었던 상온음향 시험결과와 비교를 통해 신뢰도를 검증하였다. 연소기내의 주파수 응답특성을 잘 예측하였으며, 특히 배플 장착에 따른 음향감쇠효과를 정량적으로 나타내는 감쇠인 자비와 공진주파수 변이에 대해 실험결과와 일치하는 결과를 나타내었다. 따라서 향후 수동안정화기구를 설계/해석하는데 있어 유용하게 활용할 수 있을 뿐 아니라, 연소안정화와 관련된 다양한 연구에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.