• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.47-53
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• 2017

우주 발사체의 발사 실패 원인 중 가장 대표적인 것이 연소불안정 현상이다. 연소불안정은 연소실 내부의 압력 섭동과 열방출 섭동의 상호작용으로 인하여 연소실 내부의 압력 섭동이 크게 증폭되는 현상을 말하며, 이러한 현상이 심해지게 되면, 엔진의 폭발 또는 비행체의 추락 등이 일어나게 된다. 이러한 연소불안정 현상을 예측하고 회피하기 위해서는 현상의 이해가 반드시 필요하며, 이를 위해 국내외적으로 연소불안정에 대해 수치적, 이론적, 실험적인 접근을 통한 연구가 많이 진행되고 있다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.83-87
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• 2009

램제트 엔진은 다른 공기흡입식 엔진에 비해 상대적으로 매우 긴 유로를 지니고 있음으로 인해 저주파 연소불안정에 취약한 단점을 지니고 있다. 본 연구에서는 램제트 엔진에서 발생하는 연소 현상과 동일한 메카니즘을 모사할 수 있는 연료분사장치 및 V-gutter 형태의 화염안정화장치를 장착한 소형 연소기를 설계/제작하여, 램제트 연소기에서 발생할 수 있는 연소불안정 현상을 시현하였다. 이 연소기에서 발생한 연소불안정은 연소시스템의 음향학적인 공진 주파수와 유사하게 나타남을 확인하였으며, 이를 통해 thermo-acoustic coupling에 의한 전형적인 연소 불안정이 발생하였음을 확인할 수 있었다.

• 한국추진공학회지
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• 제12권4호
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• pp.63-77
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• 2008

본 논문에서는 가스터빈에서의 연소불안정 현상과 그 메커니즘에 대해 살펴보았다. 연소불안정 연구를 위한 접근 방법이 논의되었고 전 세계 연소불안정 관련 연구그룹들의 최신 연구동향이 소개되었다. 현재까지도 연소불안정현상은 기관의 성능, 내구성, 작동 등에 영향을 미치는 중요한 문제 중의 하나이다. 덧붙여 가스터빈기관에서 연소불안정 현상은 공기 또는 연료의 섭동과 열방출율 사이의 상호 중첩된 결과로 알려져 있으며, 이는 NOx 감소 전략과도 관련이 있다. 따라서 연소불안정 연구에 대한 현황을 이해하기 위하여 가스터빈에서의 연소불안정 현상에 대하여 정리하여 보았다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2005년도 제25회 추계학술대회논문집
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• pp.445-449
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• 2005

혼합 acoustic-convective 모드 연소불안정과 스피커를 이용한 능동제어의 가능성에 대한 연구를 수행 하였다. 유입속도, 연소실 길이, 당량비를 변화시켜 가면서 동압과 화염구조를 동시 측정하였다. 유입속도와 연소실 길이는 덤프 연소기에서의 와류 생존시간에 영향을 주기 때문에, 연소길 길이가 길어질수록 그리고 유입속도가 작아질수록 연소불안정의 주파수는 작아지고, 동압에서 얻어진 최대 전력스펙트럼밀도 또한 전반적으로 작아지는 경향을 보였다. 당량비에 따라 불안정의 강도와 주파수 특성도 변했는데, 당량비의 증가에 따라 불안정 주파수와 연소불안정 강도는 증가하는 경향을 나타내었다. 폐루프 방식의 제어를 통하여 스피커를 이용한 능동제어는 이러한 혼합 acoustic-convective 모드 연소불안정으로 발생하는 와류의 발전을 감소시킬 수 있음을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.54-58
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• 2017

연소불안정은 로켓엔진과 가스터빈을 포함하는 연소장치의 개발에 있어서 가장 심각한 문제 중의 하나이다. 특히, 연소실에서의 연소와 음향섭동과의 공진에 의해 야기되는 고주파 연소불안정은 하드웨어에 심각한 손상을 초래한다. 왜냐하면 고주파 연소불안정은 높은 압력섭동과 연소실 벽면으로의 과도한 열유속을 동반하기 때문이다. 따라서 연소불안정은 액체로켓엔진 개발에 있어서 반드시 해결되어야 하는 문제 중의 하나이다. 본 논문에서는 액체추진과학로켓(KSR-III) 및 한국형발사체(KSLV-II) 엔진 연소기 개발에 있어서 연소불안정의 경험 사례를 소개한다.

• 한국추진공학회지
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• 제11권1호
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• pp.71-84
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• 2007

액체추진제 로켓 엔진에서 발생되는 연소불안정 현상에 대해 논의하였다. 지난 1930년대에 고체 및 액체 로켓에서 발견되었던 연소불안정 현상은 연소현상을 이용하는 가스터빈, 램 및 스크램젯, 로켓 등 모든 기관에서 문제가 대두되었고, 이러한 기관들의 안정적인 운용을 위해서는 연소 불안정성에 대한 연구가 필요하게 되었다. 그러나 엔진을 파괴하는 심각한 현상을 초래하는 이 현상을 아직까지 완전히 제어하고 있지 못하다. 따라서 연소불안정 현상이 발생되는 원인과 메커니즘을 알아보고, 액체추진제 로켓에 대한 각국의 개발사를 알아보았다.

• 한국추진공학회지
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• 제22권6호
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• pp.28-36
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• 2018

기체 탄화수소 연료를 사용하는 덤프 연소기의 연소불안정에 개루프 제어를 적용하는 연구를 수행하였다. 연료들의 특성화학시간이 유사한 연소조건에서 음향 발생기를 이용하여 제어 출력과 주파수를 변화시켰다. 연소불안정 주파수와 동일한 주파수의 개루프 제어에서는 음향 발생기의 출력이 제어성능에 영향을 주었다. 연소불안정 주파수와 다른 주파수의 개루프 제어결과로부터 개루프 제어주파수는 연소불안정 주파수와 유사하게 설정하는 것이 효과적임을 알 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.896-904
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• 2017

희박 예혼합 연소기는 NOx 배출 규제를 만족시키지만, 연소불안정 현상을 야기하는 단점을 갖고 있다. 이때 연소불안정 현상은 연소기 내부에서 열발생 섭동과 음향 압력 섭동 사이의 피드백 관계로부터 도출된다. 특히 항공용 엔진에 대한 배출 가스 규제가 강화되면서, 환형 연소기에서의 연소불안정 연구에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 본 연구에서는 환형연소기에서의 길이방향 및 환형 방향의 모드까지 계산할 수 있는 열음향 네트워크 모델을 개발 및 사용하였고, 이때 연소 모델은 화염전달함수를 적용하였다. 이와 같은 네트워크 모델을 사용하여 벤치마킹한 환형연소기의 실험데이터와 비교 분석하여 연소불안정 해석을 진행하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제25권2호
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• pp.24-33
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• 2021

부분예혼합 연소기 내 연소불안정 분석을 위한 수치적 연구가 수행되었다. 해석은 연료 조건에 따라 수행되었으며 대와류모사(Large eddy simulation, LES) 기법 및 PaSR 연소 모델이 솔버 내에 도입되었다. 수치해석의 타당성을 확인하기 위한 실험과의 비교 검증이 완료되었으며 정량적, 정성적인 일치도가 확인되었다. 연료 조건에 따라 변화하는 연소기 내 화염 특성이 이어서 조사되었으며 연소불안정 발생과의 연관성이 조사되었다. 해석 결과에 따르면 연료 조건에 따라 화염 길이가 크게 변화하였다. 그리고 화염 길이가 충분히 길어질 경우 화염-와류 상호작용이 벽면 주변에서 발생하였으며 이는 연소불안정 발생의 주요 원인이 되었음이 확인되었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.187-199
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• 2011

본 연구는 희박 예혼합 연소기에서 연소실과 연료-공기 혼합부의 공진모드의 관계가 연소불안정에 어떤 영향을 미치고 있는지에 대하여 실험적으로 확인한 연구이다. 다체널 동압측정을 통하여 각각 위치에서 동압의 모드와 각 센서들간의 phase를 분석하여 연소불안정의 원인을 규명할 수 있었다. 연소실의 길이와 혼합부의 길이를 음향학적 경계로 일치시켜 연소불안정 특성을 확인해 보았을 때 두가지 서로 다른 연소불안정 모드를 확인할 수 있었는데 저주파 연소불안정 특성은 화염의 열방출 섭동과 연소실의 공진모드에 기인하며, 고주파 영역대의 연소불안정 현상은 혼합부의 길이를 변경하였을 때 발생하는 또 다른 불안정 현상임을 실험적으로 확인할 수 있었다.