• 한국추진공학회지
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• 제19권5호
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• pp.37-45
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• 2015

본 논문에서는 음향 불안정 해석 기법을 이용하여 알루미늄 입자가 내포된 고체로켓 모터의 연소 불안정 현상을 예측하였다. 특히, 알루미늄 입자들의 로그정규분포 대비 단일 크기의 입자 분포가 연소 불안정 감쇠에 미치는 영향을 비교하여 각각의 민감도를 분석하였으며 고체로켓 모터의 길이 스케일 변화에 따른 음향 감쇠 효과를 단일 입자 크기를 가정한 경우와 비교하였다. 입자에 의한 감쇠는 불안정 모드 주파수 대역이 상대적으로 고주파인 작은 스케일 모터에서 효과적이었으며, 실제 포집장치를 통해 도출된 입자 크기 분포도를 고려한 연소 불안정 예측이 단일 입자 크기로 가정한 예측 결과보다 큰 불안정 감쇠를 보였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.65-67
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• 2017

다양한 연소불안정 모델링 기법이 로켓 및 가스터빈 등 연소시스템에 적용되어 개발, 검증되고 있다. 이 중 본 연구에서는 시스템의 각 요소를 음향 네트워크로 구성하여 질량, 운동량, 에너지 보존 방정식을 푼 다음, 각 요소들의 경계 조건을 대입하여 전체 시스템의 불안정 특성을 해석하는 1D 네트워크 모델의 기초 이론부터 최신 연구 동향을 소개하고자 한다. 특히 화염전달함수(flame transfer function)와 음향전달함수(acoustic transfer function)을 각각 정의하고, 서로의 상호 관계에 대하여 규명하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2002년도 제18회 학술발표대회 논문초록집
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• pp.70-71
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• 2002

연소실의 세장비(aspect ratio)가 작으면서 추진제의 고 충전을 이용한 단시간 연소 모타는 유도탄의 사출 모타 용으로 사용될 수 있다. 사출 모타는 일반적으로 모타 무게에 대한 제약 조건이 까다롭지 않기 때문에 무게 경량화에 대한 부담은 줄어들지만, 모타의 부피가 커지면 유도탄 발사 장치의 부피가 커지기 때문에 공간적인 측면에서 가능한 작게 하는 것이 시스템 전체의 효율을 증대시킬 수 있다. 또한 사출 모타의 연소 시간이 짧기 때문에(1초 이내) 추진제의 웹 두께가 작으므로 연소실의 주어진 공간에서 추진제를 많이 채우기 위한 방법으로 원통 튜브형 그레인을 여러 개의 다발로 사용하는 방법이 효과적이다. 이러한 관점에서 사출 모타용으로 다발 원통 튜브형 그레인을 설계/제작/연소시험을 하였더니 작은 저주파(약 10Hz)의 연소 불안정 현상이 발생하였다. (그림1). 이러한 주파수 대역은 일반적으로 잘 알려진 연소 불안정 모드 (longitudinal, tangential, and radial mode)와는 다른 아주 특이한 현상이다. 이러한 현상의 주 원인은 연소실 내 압력의 비평형에 의한 현상이라 판단되어 다음과 같은 연구를 수행하였다. 1) 그레인 튜브간의 압력 평형을 원활하게 하기 위하여 그레인에 구멍(홀)을 뚫어서 연소 안정화에 미치는 영향에 대한 연구(그림2), 2) 그레인에 홀을 뚫지 않고 격자와 격자간의 공간을 이용하여 그레인 간에 발생된 저주파의 압력 진동을 산란/소멸 시키는 연소 안정화 연구(그림3).

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제24회 춘계학술대회논문집
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• pp.259-264
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• 2005

연소불안정과 밀접한 관련이 있는 열방출의 측정은 연소불안정을 제어하는데 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 희박예혼합연소에서 반응영역의 위치와 전체, 국소 열방출률의 지표로 많이 사용되는 $OH^{\ast}$ 이미지를 ICCD를 이용해 취득하였다. 본 연구의 목적은 당량비가 전체 열방출률과 국소 레일라이 지수 분포에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 국소 레일라이 지수 분포는 선적분된 이미지를 아벨 역변환 시켜서 화염의 중앙 단면 정보를 통해 얻을 수 있었다. 각 당량비 조건에서, 한 주기 동안의 열방출의 평균값은 당량비가 증가함에 따라 지수 함수적으로 증가하였다. 국소 레일라이 지수 분포 결과로부터, 연소불안정을 증폭시키거나 소멸시키는 영역을 분명히 알 수 있었다. 이것은 넓은 당량비 조건에 대한 화염구조와 연소불안정 영역에 대한 통찰력을 제공한다.

• 한국추진공학회지
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• 제15권6호
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• pp.98-106
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• 2011

본 논문에서는 많은 가스터빈 산업체 및 연구기관에서 연소불안정 현상과 관련된 변수들을 예측하기 위해 가장 보편적으로 이루어지고 있는 열음향 해석 모델에 대한 기술 소개 및 최근의 연구 동향을 분석하였다. 선형 시스템 해석을 통하여 연소 불안정이 발생하는 고유 주파수 및 불안정 초기 성장률의 예측이 가능하다. 이를 위하여 정의된 시스템에서의 음향파와 열발생율 섭동간의 선형 관계식을 선형 음향 이론으로부터 유도할 수 있고, 이 관계식의 해를 구하기 위해서 가장 중요한 부분은 화염 전달 함수로부터 n-${\tau}$ 함수를 구하여 열발생율 섭동 결과에 대한 정보를 얻는 것이다. 현재까지의 연구 결과로부터 선형 특성 해석에는 상당한 진보가 이루어져 왔고, 실제 가스터빈 연소기에 적용하는 노력이 있었으나, 한계 진폭과 과도기 현상 예측을 위해서 요구되는 비선형 동적 특성 모델링 기술 개발은 현재 간단한 연소기와 버너의 적용에 머물러 있는 실정이다. 실제 복잡한 가스터빈과 같은 연소 시스템에 적용되기 위해서는 비선형 경계 조건을 고려한 시스템 동적 특성 연구와 화염의 비선형 거동을 더욱 정확히 설명할 수 있는 전달 함수에 대한 예측 기술이 선행되어야 한다.

• 한국음향학회지
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• 제39권4호
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• pp.371-377
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• 2020

종횡비(Length/Diameter, L/D)가 크고, 실린더-슬롯형 그레인을 적용한 고체로켓모터의 연소시험에서 연소불안정 현상이 발생하였다. 압력섭동을 스펙트럼 분석한 결과 중심축 길이방향 주파수가 지배적임이 확인되어, 음향노드와의 일치를 해소하기 위해 실린더 파트의 길이를 증가시켰다. 또한 고체로켓모터에서 발생하는 유동 구조에 의한 불안정성 발생 원인을 분석하기 위하여 음향모드해석과 유동해석을 수행하였다. 설계 변경 전후 그레인 형상을 이용하여 연소실 내 압력 진동 크기 및 주파수에 대해 정량적 비교를 통해 연소불안정이 저감됨을 확인하였다. 최종적으로 연소시험을 수행하여 해석결과와 같이 연소불안정 현상이 사라짐을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.68-77
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• 2017

고주파 연소불안정은 비정상 화염의 열방출율 섭동과 연소실 내부에서 공진되는 음향파의 상호 결합으로 발생하는 열음향 문제로, 다양한 해석적 접근방법이 존재한다. 본 논문에서는 주파수 영역에서 선형음향 가정과 시간지연 이론을 이용한 3차원 FEM Helmholtz solver의 개발 사례를 소개하였으며, 가변길이 희박 예혼합 연소기의 자발 연소불안정 예측과 수동제어기구(배플, 음향공진기)의 설계분석 결과를 제시하였다. 또한 시간 영역에서 시간지연 이론을 이용한 압축성 유동 해석코드를 통해, 고진폭 압력섭동에 의해 야기되는 비선형 음향 특성과 한계사이클 현상을 분석하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권6호
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• pp.3403-3409
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• 2014

동축 와류형 분사기 19개로 구성된 연소기 헤드와 냉각채널을 갖는 연소실을 이용하여 연소시험을 수행하였다. 추진제로는 액체산소와 케로신(Jet A-1)이 사용되었으며, 연소시험은 연소실 압력 59~82 bar, 혼합비 2.0~3.0 영역에서 수행되었다. 냉각채널 연소실의 냉각 유체로는 물이 사용되었으며, 냉각채널 입구와 출구에서의 물의 온도를 측정하여 열유속 값을 계산하였다. 본 연구에서는 연소불안정에 따른 열전달 영향을 살펴보는 것을 목표로 하였으며, 이를 위해 냉각수의 온도 변화를 계측하였다. 몇 번의 연소시험에서 연소불안정 현상이 발생하였으며, 이때 열유속이 5~20% 정도 증가하는 결과가 나타났다. 또한 열유속은 연소불안정이 발생하는 초기 시점에서 최대가 되는 것을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2006년도 제26회 춘계학술대회논문집
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• pp.135-140
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• 2006

충돌형(FOOF) 분사기의 불안정 영역을 결정하기 위해 질소분사 음향시험을 수행하였다. 파이프와 오리피스 형상을 가지는 분사기 내 산화제 부분에서 유동속도에 비례하고, 비정상적으로 jumping하는 특정 주파수를 가지는 whistling이 발생한다. 동일한 조건의 연소시험과 비교해 본 결과 whistling 현상은 연소현상에는 영향을 주지 않는다. 질소분사 음향시험과 연소시험에서 얻은 연소실 내 1T1L mode의 damping factor를 비교하여 불안정 영역을 구해보면, 비슷한 조건에서 불안정 영역을 가진다. 이것은 유동의 충돌, 혼합에 의한 유동불안정 현상이 연소시험에서 연소불안정을 발생시키는 주요한 인자임을 의미 한다.

• 한국추진공학회지
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• 제19권4호
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• pp.15-23
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• 2015

본 연구는 유한요소해석 기반의 Helmholtz solver인 ASCI3D를 사용하여 예혼합 가스터빈 연소기에서 연소불안정 현상과 관련된 주요 결과들을 예측하였다. 해석결과는 실험결과와 비교할 때 일반적인 불안정 특성 예측에는 성공하였으나, 불안정 구간이 나타나는 영역을 다소 과대 예측하는 경향이 발견되었다. 이를 개선하기 위한 노력으로 반사계수가 불안정 특성에 미치는 영향이 분석되었다. 결과로부터 반사계수는 불안정 특성에 큰 영향을 미치고, 정확한 예측 결과를 얻기 위해서는 정확한 음향 경계 조건의 정의가 필수적인 것으로 나타났다.