• 한국항공우주학회지
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• 제50권5호
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• pp.339-347
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• 2022

하이브리드 로켓의 후연소실(post chamber)은 액화된 연료의 추가적 연소를 유도하여 엔탈피 상승으로 이어지도록 한다. 후연소실이 있는 하이브리드 로켓에 파라핀 왁스를 연료로 사용하는 경우, 연소초기에만 비정상 연소 압력진동이 관찰된다. 본 연구는 비정상 연소 압력진동의 발생과 액적의 추가적 연소 사이의 상관관계를 확인하는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 후연소실 연소를 가시화하고 POD 기법을 활용한 이미지 분석을 수행하였다. 또한 모드 재구성을 통해 액적의 거동을 포함하고 있는 모드를 분리하여 비정상적인 연소압력의 진동과 액적의 연소 사이의 상관관계를 조사하였다. 일련의 실험에서는 후연소실로 유입되는 액화 연료량과 액적발생을 조절하여 비정상 연소압력 진동의 변화를 유도하였다. 실험결과에 의하면 파라핀 왁스의 연소 초기에만 관찰되는 비정상 연소압력 진동은 후연소실에서 발생하는 액적의 추가적인 연소가 그 발생원인임을 알 수 있다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.13-15
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• 2014

최근 경제적인 연비와 효율적인 가동성, 배기가스 감소의 이유로 초임계압 보일러가 각광받고 있다. 하지만 보일러 연소로는 용접된 튜브로 구성되어 있기 때문에 연소 시 내부압력에 의해 발생되는 진동에 취약하여 이에 대한 진동안정성 평가가 필요하다. 본 논문에서는 CFD 기법을 기반으로 수행한 변동압력 해석과 단순화한 모델을 이용한 진동해석을 통하여 보일러 운전 시의 진동안정성 평가를 수행하였다. 변동압력해석은 정상상태 CFD 해석을 수행하고, 이를 이용한 음향모드 해석과 비정상상태 CFD 해석에서 변동압력을 추출하고, 음향모드 해석결과와 주파수 성분을 비교하여 검증하였으며 이를 진동해석 모델에 기진력으로 적용하여 보일러 연소로의 진동해석을 수행하였다. 진동해석 모델은 동특성을 고려한 등가물성치를 이용하여 연소로의 복잡한 구조를 단순화하였으며 buckstay 등의 방진구조를 구현하여 보일러의 진동안정성을 평가하는 기법을 정립하였다. 해석결과, 보일러 운전조건에서 비정상상태 CFD 해석을 통해 구한 변동압력과 진동해석을 통해 얻은 가속도 응답은 안정적 수준인 것으로 확인하였다. 이는 향후 유사한 보일러 안정성 평가에 적용이 가능하고, buckstay 등 보일러의 방진 구조 설계 및 평가에도 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제34회 춘계학술대회논문집
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• pp.411-414
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• 2010

초음속 엔진에서 흡입구의 buzz현상은 큰 압력진동과 연소 불안정성 그리고 추력 감소 등을 야기한다. 흡입구의 buzz현상과 액적 분사/연소의 동적인 상호관계를 이해하기 위하여 통합된 비정상 연소수치해석을 수행하였으며, 액적 모사를 위하여 TAB(Taylor Analogy Breakup) model을 적용하였다. 흡입구에서의 충격파거동과 주요 위치에서 압력거동을 분석하고 초음속 엔진 전영역에서의 음향모드를 분석하여 현 시스템의 동적거동을 파악하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제21권2호
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• pp.9-17
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• 2017

비정상 충격파 유도연소의 주기적 압력 진동 특성을 연구하기 위하여 DMD 방법을 적용하였다. Lehr의 충격파 유도 연소 실험을 기반으로 수치적인 연구를 수행하였다. Lehr의 실험을 4 수준의 격자를 이용하여 수치적으로 모사하였으며, FFT 결과로부터 430-435 kHz의 주파수가 계산되었다. 실험 결과는 약 425 kHz로 해석 결과와 유사한 것을 확인하였다. FFT 해석에서 도출되지 않은 저주파 특성을 파악하기 위해 dynamic mode decomposition (DMD) 방법을 적용하였다. 여러 가지 모드 주파수가 계산되었고, 연소불안정 평가 인자 중 하나인 damping coefficient를 도출하여 안정/불안정성을 평가하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권7호
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• pp.573-580
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• 2021

파라핀 왁스는 높은 후퇴율 때문에 하이브리드 로켓의 연료로 많은 각광을 받고 있다. 하지만 파라핀 연료의 연소에서도 비정상적인 저주파수 연소압력 진동이 관찰되고 있는데, 이는 연료 표면에 형성된 액체층과 액적의 유입과 관련이 있는 것으로 추론된다. 본 연구는 액적에 의한 추가적 연소와 저주파수 연소불안정 발생과의 관계를 분석하였다. 한편, 액적의 발생은 관성력과 액체의 표면장력의 비로 정의되는 We수(Weber Number)와 액체층의 Re수(Reynolds Number)에 따라 변화하는 것으로 알려져 있다. 따라서 일차적으로 실험실 규모의 로켓을 사용하여 We수에 따른 연소불안정의 발생여부를 관찰하였다. We수의 조절은 산화제 유량 변화를 통한 관성력의 변화와 LDPE(Low Density Polyethylene) 첨가에 의한 표면장력의 변화를 통해 시도하였다. 저주파수의 연소불안정의 발생은 특정한 We수 이상에서만 관찰되었고 임계 We수가 존재하는 것을 확인하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 1996년도 추계학술대회논문집; 한국과학기술회관, 8 Nov. 1996
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• pp.65-70
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• 1996

엔진소음을 소음특성에 따라 분류하면 공력소음(Aerodynamic Noise), 연소소음(Combustion Noise), 기계적인 소음(Mechanical Noise)으로 나눌 수 있으며 소음원의 종류에 따라 분류하면 배기계소음(Exhaust System Noise)으로 나눌 수 있으며 소음원의 종류에 따라 분류하면 배기계소음(Exhaust System Noise), 흡기계소음(Intake System Noise), 냉각계소음(Cooling System Noise), 엔진표면소음(Engine System Noise)등으로 분류할 수 있다. 이러한 여러소음중 엔진 내부의 유동에 의한 흡배기계통으로의 소음방출은 자동차 실 내외 소음의 중요한 문제로 대두되는데, 이를 줄이기 위해 그 동안 소음기 등의 서브시스템의 형태와 그 위치조정에 관한 연구가 수행되어 왔다. 그러나 이것이 비용 또는 성능에 영향을 미치므로 본질적인 소음원을 규명해 내는 것이 필요하게 되었다. 흡배기계의 소음은 엔진의 흡입, 배기행 정시 피스톤의 운동에 의해 팽창 및 압축파 형태의 압력파(pressure wave)로 발생하게 되고, 밸브근방에서는 유동의 박리(separation)에 의해 발생하게 된다. 소음기 등의 서브시스템에서도 유동의 박리에 의해 발생하게 되며 특히 배기행정시 발생하는 압력파는 비선형영역에 있게된다. 흡기소음은 배기에 비해 그 크기가 작아서 그동안 등한시 되어왔으나 이것이 소비자의 불평요인으로 작용하므로써 이에 대한 연구도 활발히 수행되어야 한다. Bender, Bramer[1]는 흡배기계 소음의 외부 방사에 관하여 전반적으로 기술하였고 Sierens등[2]은 흡기계에서 1차원 MOC(Method of Characteristics)방법으로 비정상 유동해석을 하고 실험결과와 비교하였다. J.S.Lamancusa 등[3]은 흡기 소음원을 실험을 통해 예측하였고, 흡기소음도 비선형 거동을 보인다고 밝혔다. Yositaka Nishio 등[4]은 새로운 흡기실험장치를 고안하여 공명기(resonator)의 위치 변화에 의한 저소음 흡기계를 설계 초기단계에서부터 적용하려 하였다. 일반적으로 흡배기계의 복잡한 형상 때문에 대부분 실험을 통해 문제를 해결하려 하였고, 수치해석은 피스톤의 운동을 배제한 단순화한 흡배기계의 정상상태 유동해석이 주를 이루어왔다. Taghaui and Dupont 등[5]은 KIVA코드를 사용하여 흡기포트와 연소실 그리고 밸브의 움직임을 동시에 고려한 수치해석을 도입하였다. 하지만 이들이 밸브의 운동을 고려하기 위해 사용한 이동격자는 격자점은 시간에 따라 변화하지만 그 격자의 수가 일정하게 유지되어 있어서 밸브의 완전개폐를 해석할 수가 없다. 강희정[6]은 단일 실린더와 단일 배기밸브를 갖는 문제로 단순화하여 피스톤과 밸브의 움직임을 고려하므로써 배기행정 후 소음이 어떻게 전파해 나가는가를 연구하였다. 본 연구에서도 최소밸브간격과 최대밸브간격 사이에서만 계산이 가능하나 흡기의 경우는 밸브가 닫힐 때 생기는 압력파가 중요하므로 실린더와 밸브사이에 벽면조건을 주어 밸브의 개폐를 모사하였다.