초록
본 연구에서는 원통형 연소실에서 발생하는 고주파 연소불안정을 연소응답함수와 n-$\tau$ 음향 불안정 해석방법을 사용하여 예측하였다. 열역학적 변수들과 속도는 시간 평균성분 및 변화성분으로 분리하여 선형으로 전개하였으며, 유동은 비회전류로 가정하여 속도 포텐샬 함수를 위한 지배방정식으로 수식화하였다. 연소응답의 계산에는 화염면 상, 하류에서의 연소실반응과 화염면에서의 연속조건이 적용되었다. 연소응답은 압력간섭계수 n과 감응시간지연 $\tau$로 변환되어 중립불안정한계를 결정하였다. LOX-RP1 추진제 조합의 원통형 연소실에서 연소압력 및 추진제 혼합비의 변화는 연소 음향반응과 중립불안정에 영향을 주지 않으나, 긴 거주시간에 의한 화염면 발생의 지연과 화염면 하류에서의 공간은 고주파 연소불안정의 발생에 강한 영향을 주는 것으로 예측되었다. 결과적으로 연소의 음향응답에는 추진제의 거주시간, 연소실 형상조건과 노즐에 의한 감쇠효과가 중요한 파라메터인 것으로 나타났다.
The definition of burning admittance and conventional n-$\tau$ stability rating technique are combined to investigate the high frequency combustion instabilities inside the cylindrical combustion chamber. Perturbed flow variables are written as the sum of fluctuating and time-averaged mean quantities on the assumption that the terms of the order higher than unity are sufficiently small, hence linearized governing equations could be formulated. Chamber admittances up and downstream of the flame front calculated with appropriate boundary conditions result in the burning admittance and corresponding n-$\tau$ neutral stability curve. Configurational and operational design factors are tested to detect the unstable wave-induced LOX-RP1 combustion instabilities. Operational design factors, e.g. pressure or O/F ratio, appear less influential to drive high frequency instability while the location of the flame front and configurational factors enhance or deteriorate the stabilities strongly. Conclusively, LOX-RP1 combustion inside the cylindrical combustion chamber is apt to be unstable against long residence time and shortened chamber length.
