초록
하이브리드 로켓 모터 내부에서는 산화제에 의한 주유동과 연료의 기화로 발생된 분출 유동이 상호작용을 하기 때문에 매우 강한 전단층이 발생되며 이에 기인한 시간특성이 나타나게 된다. 이 시간특성이 난류 유동장에 부과되면서 매우 복잡한 유동간섭 현상이 발생되게 되는데, 이와 같은 간섭현상이 외부교란에 대해 어떻게 반응하는지를 살펴보는 것은 안정적인 연소과정을 위해서 매우 중요하다. 이를 연구하기 위하여 연소반응을 제외하고, 산화제의 난류 유동과 연료 벽면에서의 분출 유동을 모사한 채널 유동에 대한 LES 해석을 수행하였으며, momentum forcing기법을 사용하여 특정주파수를 부과하는 집중교란(concentrated forcing)과 백색소음과 같은 넓은 범위의 주파수 특성을 부과하는 분산교란(distributed forcing)에 대한 유동의 반응을 살펴보았다. 두 경우 모두 모터의 하류에서 외부교란의 특성시간을 유지하였으나 비약적인 유동의 공진현상으로 연결되지는 않는다는 것을 확인하였다. 이는 외부교란의 특성은 시스템의 고유진동수 및 Kelvin-Helmholtz 불안정성에 기인한 특성 진동수와 함께 고려되어야 한다는 것을 의미한다.
Due to the interaction between main oxidizer flow and the wall injected flow resulting from the regression process, a specific time characteristics identified in the frequency spectrum of streamwise velocity is generated in the hybrid rocket motor. In order to understand the response of the turbulent flow to two different types of external momentum forcing, LES analysis was conducted without considering the combustion. It turns out that both concentrated and distributed forcings do not lead to the disastrous resonance phenomenon. Energy contents are enhanced due to the added momentum but the peak frequency was not modified in the turbulent flow near the end of the rocket motor. Natural frequency of the flow system should be taken into account to further pursue the instability issue by using external forcing.
