하이브리드 로켓 모터 연소 중 발생하는 streamwise 와류 특성

The Patterns of Streamwise Vortex on the Fuel Surface in Hybrid Rocket Combustion

산화제 유동 변화를 위한 디스크를 예혼합실에 장착하여, 디스크의 직경과 길이를 변경하며 PMMA/GOx를 이용한 하이브리드 로켓 모터의 지상연소시험을 수행하였다. 디스크에 의해 산화제 유동의 와류유출(vortex shedding)이 발생하여, 연소율과 압력 진동 등의 연소 특성이 변화하였다. 연소실험 후 PMMA를 축방향으로 잘라내어 연소면을 관찰하여, PMMA의 연소면 전체에서 딤플 형태의 패턴이 발견하었다. 이는 연소 과정 중 연소면 근처에서 발생하는 blowing 효과에 의해 변화된 산화제 유동의 경계층 특성에 기인한 것으로 보이며, LES 기법을 이용하여 수행한 수치적 연구 결과와 일치한다. 이는 하이브리드 로켓 모터의 연소불안정 현상을 이해하는데 중요한 자료로 판단된다.

A series of hybrid rocket combustion experiments were carried out with PMMA/GOx changing diameter and length of the disk installed at pre-chamber. The disk can generate vortex shedding flow and change flow conditions prior to entering the fuel grain which could also alter the combustion characteristics and pressure oscillations. Isolated dimple-like surface roughness patterns distributed all over the fuel surface, which can be thought of as a realization of the inherent flow instability. It is very likely that the formation of cell structures is originated from the modification of boundary layer characteristics of an entering oxidizer flow caused by a blowing effect mainly taking place near the wall. This coincided with our LES results. It would be a meaningful basis to understand combustion instability of hybrid rocket motor.