A Sudden Increase in Combustion Pressure of Gas Generator of Ducted Rocket by Thermal Choking

A sudden increase in combustion pressure is observed in the ducted rocket combustion test equipped with pipe shaped and converging nozzle exhaust tubes. This study aims to understand the physical mechanism of abrupt change in combustion pressure using thermal choking in the exhaust tube. Results confirmed that the thermal choking of the flow inside the exhaust tube was responsible for the sudden increase in combustion pressure. Also, high pressure exponent of solid propellants is critical sensitive to the occurrence of thermal choking exhaust pipe. Additionally, numerical simulation showed that the sudden increase in combustion pressure was less possible in diverging pipe because thermal choking is more reluctant to occur.

열 질식에 의한 덕티드 로켓 가스 발생기의 연소 압력 상승

덕티드 로켓 가스발생기용 추진제 성능을 검증하기 위한 실험에서 직경이 10mm인 파이프와 최소 직경이 8.7mm인 수축 노즐을 배출 튜브로 사용하였을 때 급격한 압력 증가가 관찰되었다. 급격한 연소 압력 증가는 배출 튜브를 통과하는 유동의 열 질식(thermal choking) 때문인 것으로 판단하였다. 본 연구에서는 원형 파이프를 사용하는 경우, 배출 튜브 유동의 열 질식을 고려하여 가스발생기 연소 압력 변화를 예측하였다. 그 결과, 배출가스의 비-평형 화학반응으로 인한 배출 튜브 유동의 열 질식 발생이 급격한 연소 압력 증가의 원인임을 확인하였다. 특히 덕티드 로켓의 높은 압력 지수는 배출 튜브 내에서 발생하는 열에 매우 민감하게 반응하여 배출 튜브 내의 열 질식 가능성을 높이는 것으로 분석되었다. 또한 배출 튜브로 단면적의 변화가 있는 발산형 파이프를 사용하면 가스발생기의 급격한 연소 압력 증가를 예방할 수 있을 것으로 판단하였다.