액체로켓엔진에서 고주파 연소불안정을 제어하기 위하여 인젝터 길이 변화를 줄 수 있는 백홀 스월 인젝터를 분석하였다. 음향흡수자로서 백홀 인젝터의 효과를 분석하기위하여 백홀 인젝터는 1/4 파장 공명기로 해석하였다. 이론적 접근과 음향 실험의 결과로부터 가변적 변위를 갖는 백홀 스월 인젝터가 연소실의 불안정 모드를 감소시킴을 알 수 있었다. 실험적으로 감쇠율을 측정하여 감쇠효과를 측정하였다.
유체 공급배관내의 압력진동을 감쇠할 수 있는 방법으로 배관내에 오리피스를 설치하는 방법을 채택하여, 그 압력진동 감쇠효과를 수치해석을 통해 조사하였다. 본 연구에서는, 압력진동의 진폭이 작다는 가정에 기초하여 오리피스의 음향학적 감쇠효과에 초점을 맞추었다. 오리피스의 위치에 따른 계산 결과로부터 압력진동의 마디, 즉 속도진동의 배가 되는 위치에 오리피스를 설치할 때 가장 효과적으로 압력 진동이 감쇠되었다. 이에 반해서, 오리피스를 압력진동의 배에 설치한 경우에는 오리피스의 설치 효과가 아주 미약하였다. 오리피스의 유로 봉쇄율이 증가함에 따라 감쇠효과는 단조적으로 증가하였고, 오리피스의 두께가 증가할수록 공진성을 약화시켜 감쇠효과가 크게 나타났다. 또한, 직경이 작은 배관에서 감쇠 효과가 더 크게 나타났다.
로켓 엔진의 연소불안정을 제어하기 위해 연소실에 1/4파장 공명기가 장착된 경우의 음향감쇠 특성을 수치해석적으로 조사하였다. 모형 연소실에서의 연소장을 수치해석하여 기본 음향파 응답특성을 분석하였고, 기존 공명기 설계안을 검토하였다. 다음으로, 이 연소실에 음향공명기를 장착하여 공명기 내부 물성치를 예측하였다. 이를 토대로 음향모드를 감쇠시킬 수 있는 주파수 동조 방안을 연구하였다. 공명기 내부의 물성치를 토대로 각 공명기를 최적 동조 길이로 설계할 경우에 충분한 감쇠 성능을 얻을 수 있었다. 또다른 설계안으로 모든 공명기를 동일 길이로 설계한 경우의 길이에 따른 감쇠성능을 비교하여 제시하였다. 이를 토대로 최적의 동조길이를 찾아낼 수 있었다.
Paulownia wood has been used as sound board for Korean traditional musical instruments such as Keomungo(Korean lute), Kayagum(twelve-stringed Korean harp) and Changgu(hour-glass shaped drum), etc. The acoustic properties of wood affected not only by dimensions but also by density and stiffness of wood. Due to inhomogeneity and hygroscopicity of wood. the acoustic properties of wood are inconsistent. To clarify the effect of moisture content and air dry density on acoustic properties, longitudinal vibration experiment was accomplished in 3 moisture content levels of 9.6, 11.1 and 12.5% and in 3 air dry density levels of 0.22, 0.25 and 0.28g/$cm^3$. The results were as follows: As the moisture content increased, the fundamental frequency. specific dynamic Young's modulus and sound velocity decreased, but the internal friction increased so that loss of energy increased. The values in damping of sound radiation were rapidly decreased at 12.5%. It meant that the damping of internal friction was larger than damping of sound radiation at high moisture content. As the air dry density increased, the fundamental frequency, specific dynamic Young's modulus and sound velocity increased, but the internal friction and damping of sound radiation decreased so that loss of energy decreased. And acoustic converting efficiency was hardly influenced by increasing air drying density.
With the advantages of large vibration energy dissipation of structures, the granular materials are used as vibration and acoustic treatments. In this case of vibro acoustic controls, a finite dynamic strength of the solid component (frame) is an important design factor. The dynamic stiffness of hollow cylindrical beams containing porous and granular materials as damping treatment was measured. Using the Rayleigh-Ritz method, the effects of damping materials on the dynamic characteristics of beams were investigated. The results suggested that the acoustic structure Interaction between the frame and the structure enhances the dissipation of the vibration energy significantly. The same methods were applied also to vibration control of sandwich panels. By filling the cavities of honeycomb cores using unconsolidated granular materials, its sound transmission toss was improved significantly.
분사기형 배플이 설치된 연소기에 대하여 최적의 감쇠를 가지는 간극을 상온음향시험을 통하여 규명하였다. 먼저 상온 상압의 조건에서 배플의 간극에 따른 음향학적 특성을 파악하였다. 최적의 감쇠능력을 가지는 간극이 배플의 길이에 상관없이 일정하게 존재함을 발견하였다. 이런 현상의 주된 인자를 파악하기 위하여 연소 상황에서의 유체의 점성을 모사하는 상온 상태의 음향시험을 수행하였다. 이를 통하여 최적의 간극이 발생하는 이유가 점성 때문임을 밝혔다. 최적의 간극은 실제 연소기에서 배플의 길이를 감소시킬 수 있으므로 냉각 문제를 해결할 수 있는 하나의 방안으로 사용될 수 있을 것이다.
An optimization formulation is proposed to minimize sound pressures in a two-dimensional cavity by controlling the attachment area of unconstrained damping materials. For the analysis of structural-acoustic systems, a hybrid approach that uses finite elements for structures and boundary elements for cavity is adopted. Four-parameter fractional derivative model is used to accurately represent dynamic characteristics oJ the viscoelastic materials with frequency and temperature. Optimal layouts of the unconstrained damping layer on structural wall of cavity are identified according to temperatures and the amount of damping material by using a numerical search algorithm.
An optimization formulation is proposed to minimize sound pressures in a two-dimensional cavity by controlling the attachment area of viscoelastic unconstrained damping materials. For the analysis of structural- acoustic systems, a hybrid approach that uses finite elements for structures and boundary elements for cavity is adopted. Four-parameter fractional derivative model is used to accurately represent dynamic characteristics of the viscoelastic materials with respect to frequency and temperature. Optimal layouts of the unconstrained damping layer on structural wall of cavity are identified according to temperatures and the amount of damping material by using a numerical search algorithm.
This paper presents phenomena of vibration and noise due to acoustic resonance in tube bank of a power plant. Acoustic resonance is may arise when the vortex shedding frequency coincides with the acoustic natural frequency. At the resonance, the value of vibration in this system was 595 ${\mu}m$, p-p and the sound pressure level was maximum 103 dBA. And the resonance frequency was found to be 35 Hz. When the difference of vortex shedding frequency and acoustic natural frequency is within ${\pm}20%$, acoustic resonance is possible. In this system, the difference of these frequencies was 1.8%. We can evaluate the possibility of acoustic resonance by using damping parameter. We did eliminate acoustic resonance by installing baffle in tube bank. After installing baffle, the level of vibration and noise was reduced dramatically.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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