로켓 연소기에서 음향 공명기의 음향 동조에 미치는 평균 유동 및 노즐 감쇠 효과를 수치해석적으로 연구하였다. 본 연구에서는 분사기가 연소실내 음향 감쇠를 위한 공명기로서 사용된다. 연소실내 평균 유동의 마하수가 증가함에 따라 제 1 접선 방향 모드의 공진 주파수가 미약하게 감소하였으나 최적의 분사기 동조 길이는 거의 변화가 없었다. 노즐 감쇠는 공진 주파수나 최적 동조 길이에 영향을 미치지 못하며, 다만 음향 진동 진폭을 변화시킬 뿐이었다. 이러한 결과로부터, 평균 유동과 노즐 감쇠가 음향 공 동조에 미치는 영향은 미미함을 알 수 있었다. 분사기의 장착 개수가 증가할수록 음향 진동 진폭이 감소하였으나, 분사기와 연계된 새로운 음향 모드가 발생함을 알 수 있었다.
Acoustic behavior in baffled combustion chambers is numerically investigated by adopting linear acoustic analysis. Partial blade baffle, which is a variant of blade baffle, and hub-blade baffle with six blades are employed as baffle models. Through modal analysis, natural frequencies of each acoustic mode in baffled chambers are calculated and the reduction in natural frequencies caused by baffle installation is examined. Through harmonic analysis, acoustic pressure responses of each chamber to acoustic oscillating excitation are shown. The first tangential mode is found to be most sensitive to acoustic oscillation. Acoustic damping effect of baffle is quantified by damping factor. Damping effect of hub-blade baffle is the most appreciable and damping factor of partial blade baffle is much lower than that of blade baffle. Damping effect of six-blade baflle on the second tangential mode is as much as on the first tangential mode and hub-blade baffle can damp out appreciably the first tangential as well as the first radial mode with the aid of hub.
Steady-state structure and acoustic-pressure responses of $H_2$/Air counterflow diffusion flames are studied numerically with a detailed chemistry in view of acoustic instability. The Rayleigh criterion is adopted to judge acoustic amplification or attenuation from flame responses. Steady-state flame structures are first investigated and flame responses to various acoustic-pressure oscillations are numerically calculated in near-equilibrium and near-extinction regimes. The acoustic responses of $H_2$/Air flame show that the responses in near-extinction regime always contribute to acoustic amplification regardless of acoustic-oscillation frequency Flames near extinction condition are sensitive to pressure perturbation and thereby peculiar nonlinear responses occur, which could be a possible mechanism in generating the threshold phenomena observed in combustion chamber of propulsion systems.
We investigated passby noise measurement method in a small-sized semi-anechoic chamber satisfying the American based SAE J1470 Recommended Practice to facilitate the measurements. We have tired two passby noise prediction methods. One is line array microphone method in which the free space sound field is decomposed into its eigenfunctions in the spherical coordinates and rearranged according to the order of the spherical Hankel function. However, due to the characteristics of the spherical Hankel function, it is impossible to distinguish the function's characteristics according to the order in farfield. Consequently it can be applied in the transient region of the nearfield and the farfield. The other method is nearfield acoustic holography(NAH). Although measuring hologram for the several operational engine speeds by conventional scanning method is time-consuming work, we can greatly reduce the measuring time by selecting the appropriate engine speed through preexperimental knowledge. To verify this method we experimented with the outdoor passby noise measurements and the passby noise prediction in the small-sized semi-anechoic chamber for the identical passenger vehicle and obtained reasonable and acceptable results.
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.
Sohn Chae Hoon;Seol Woo-Seok;Shibanov Alexander A.;Pikalov Valery P.
Journal of Mechanical Science and Technology
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제19권9호
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pp.1821-1832
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2005
This study realizes the conceptual method to predict combustion instability in actual full-scale combustion chamber of rocket engines by experimental tests with model (sub-scale) chamber. The model chamber was designed based on the methodologies proposed in the previous work regarding geometrical dimensions and operating conditions, and hot-fire test procedures were followed to obtain stability boundaries. From the experimental tests, two instability regions are presented by the parameters of combustion-chamber pressure and mixture (oxidizer/fuel) ratio, which are customary for combustor designers. It is found that instability characteristics in the chamber with the adopted jet injectors can be explained by the correlation between the characteristic burning or mixing time and the characteristic acoustic time: In each instability region, dynamic behaviors of flames are investigated to verify the hydrodynamically-derived characteristic lengths of the jet injectors. Large-amplitude pressure oscillation observed in upper instability region is found to be generated by lifted-off flames.
The walls of modern train cars are required to have higher transmission loss since modern train have had high speed and light weight. The method based on Reverberation Chamber like KS F 2808 could be used to measure transmission loss. However, this method has difficulty in that constrained Standard of it requires extremely large facilities. Recently, the method based on Scale Reverberation Chamber is used as an alternative to Reverberation Chamber. The method of Scale Reverberation Chamber is known to be small and economical but it provides standing wave that directly influences measurement error. Therefore, this research is focus on predicting standing waves based on method of FFM and reducing measurement error by changing shape of chamber.
액체 로켓엔진 연소기에서 음향감쇠에 미치는 음향 공명기의 이중 주파수 동조(bituning) 효과를, 선형 음향해석을 통해 조사하였다. 이중 주파수 동조된 공명기는, 두가지 주요한 음향파 진동 모드인 제1접선 방향(1T) 모드와 제1반경 방향(1R) 모드에 동조된다. 먼저, 단일 주파수 동조된 공명기의 음향감쇠 효과를 조사하였다. 감쇠 성능은, 1T 또는 1R 모드에 동조된 공명기 개수의 함수로서 감쇠인자에 의해 정량화되었다. 다음으로, 이중 주파수 동조된 공명기의 감쇠 특성을 조사하였다 수치해석 결과로부터, 1T와 1R 모드 각각에 동조될 적절한 공명기의 개수를 선정할 수 있다. 더 나아가, 모드 분할 현상에 의한 음향감쇠 효과의 저하를 줄이기 위해 이와 같은 이중 주파수 동조의 개념을 적용하였으며, 이를 통해 최적의 이중 동조 주파수를 찾을 수 있었다.
One method to analyse acoustic modes is proposed to predict the characteristics of acoustic instability in liquid rocket engine. It is based on the similarity between transverse acoustic modes and adopts two-dimensional axisymmetric geometry. Using this method, the first tangential mode in the prototype combustor can be analysed through the analysis of the first radial mode in the model combustor with doubled chamber diameter. Sample numerical calculation is demonstrated applying this method to sample rocket engine and thereby acoustic instabilities of the engine are investigated. The present results show a good agreement with the previous findings. The numerical analysis based on the proposed method is cost-effective and serves as the first approximation to the true solution.
The directivity of the sound pressure increases the sensitivity of the incoming sound from specific directions. The directivity measurement of the sound pressure is usually done in an anechoic room using a sloping motor. In this paper a replaceable anechoic chamber was designed for the acoustic directivity pattern measurement. Electrical equipments were interfaced with a PC for experiment automatic control. Some comparative results are shown in the result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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