Effects of momentum ratio and mixture ratio on combustion efficiency in liquid rocket engine

액체로켓에서의 운동량비와 혼합비가 연소성능에 미치는 영향

An experimental study was carried out, in order to set up the procedure for evaluation of hot fire test, to investigate the effect of mixture on combustion performance and combustion stability , and to determine the optimum design condition for designing the liquid rocket engine. $HNO_3$/Kerosene uni-element liquid rocket engine(thrust 24 $\iota{b}_f$, chamber pressure 200 psia) using impinging streams doublet injector was designed, and ground hot-fire test was carried out. To prevent or reduce the hard start during ignition period, two step ignition method was used. This was accomplished by maintaining about 25% of the designed operating pressure doting transient period, then chamber pressure was built up to the designed operating pressure. Maximum combustion efficiency was at O/F ratio 3.6, and combustion efficiency is decreased with increasing momentum ratio.

본 연구는 액체 추진제 로켓 엔진의 연소성능을 평가할 수 있는 절차를 확립하고, 운동량비와 혼합비가 연소성능에 미치는 영향을 고찰하여 안정된 연소를 보장하면서 최대의 효율을 제공하는 설계조건을 결정하고자 수행되었다. 연구를 위해 질산/Kerosene을 추진제로 사용하고 추력 24 $\iota{b}_f$, 연소실 압력 200 psia, uni-element impinging streams doublet injector를 사용하는 엔진을 설계 및 제작하여 연소시험을 수행하였다. 연구로부터 점화시 발생하는 hard start 현상은 연소실 압력을 설계치의 25 % 정도가 되도록 한 후, 설계 압력으로 상승시키는 2단계 점화방법을 채택함으로서 최소화 할 수 있었다. 그리고 최대의 연소성능은 혼합비 3.6에 존재하였고, 연소성능은 운동량비 증가에 따라서 감소하였다.