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발사체 인젝터 특별세션 : Closed-type 스월 인젝터의 스월 챔버 지름에 따른 동특성 변화 연구
정연재 ( Yunjae Chung ),정석규 ( Seokgyu Jeong ),윤영빈 ( Youngbin Yoon ) 한국액체미립화학회 2015 한국액체미립화학회 학술강연회 논문집 Vol.2015 No.-
Studies on the dynamic characteristics of liquid rocket injectors were done worldwide on the basis of theory which were suggested by Bazarov in the late 1970’s.1 The occurrence of combustion instability during the early stage of liquid rocket engine development have made the injector dynamics research to be essential. Since the combustion instability is a complicated problem which involves multi-physical phenomenon, injector dynamics research was focused on the suppressing the symptoms of the combustion instability. However, as the injector dynamics research have achieved progress, the scope of the research has been extended to investigating the injector’s dynamic characteristic itself. In this study, the effect of swirl chamber diameter on the dynamic characteristics of closed-type swirl injector were investigated. A hydro-mechanical pulsator was installed in front of the manifold of the swirl injector which produces pressure oscillations in the feed line. Pressure in the manifold, liquid film thickness in the orifice were measured in order to understand the dynamic characteristics of the closed-type swirl injectors. Amplitudes of pressure in the manifold and liquid film thickness in the orifice were analyzed to verify the peak frequencies. The geometrical cause of each peak frequencies were suggested with experimental results. Figure 1 shows the schematics of open-type and closed-type swirl injectors. The main difference between the two types of swirl injectors is the shape of swirl chambers. The open-type swirl injector has a straight cylinder shape swirl chamber. On the other hand, the closed-type swirl injector has a converging section in the middle of the swirl chamber which accelerates the propellant in angular velocity. In our previous research, the manifold and the tangential entry, which is a converging section, were verified to be the cause of the peak frequency.2 With the open-type swirl injector experiment results, the converging section in the swirl chamber of the closed-type swirl injector were predicted to act as a second geometrical cause of the amplitude peak.
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김현태(Hyuntae Kim),정연재(Yunjae Chung),정석규(Seokkyu Jeong),이인규(Ingyu Lee),윤영빈(Youngbin Yoon) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.5
스월 인젝터는 액체로켓 엔진에서의 연료 분사 장치로 널리 사용되고 있으며, 이에 따른 연구도 활발하게 진행되고 있다. 특히 연소 불안정 문제를 해결하는 것은 모든 종류의 액체로켓 엔진에서 필수적이다. 본 연구에서는 연소불안정을 해결하기 위한 기초 연구로 오픈형 스월 인젝터에 대한 수류실험을 수행하였다. 인젝터로 유입되는 유체에 압력 섭동을 발생시키고, 그에 따른 응답특성을 실험적으로 파악하였다. 또한, 인젝터 스월 챔버의 길이를 변화시켜 그에 따른 응답 특성의 변화를 확인하였다. Swirl injectors are widely used for Liquid Rocket Engine(LRE) as fuel injection system and following researchs are also being carried out through the world. Especially, solving combustion instability problem is essential for every type of LREs. In this study, we carried out water test for open-type swirl injector as a fundamental research to solve combustion instability problem. We made pressure fluctuation to inlet flow coming into the injector and find out following response characteristics. The effect of swirl chamber length was also studied by changing swirl chamber length.
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김지욱(Jiwook Kim),정연재(Yunjae Chung),이인규(Ingyu Lee),윤영빈(Youngbin Yoon) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11
로켓의 연소불안정과 관련되어 분사기의 동특성을 연구하는 일은 중요하다. 와류형 분사기의 동특성에 대해서는 많은 연구가 이루어졌지만 충돌형 분사기의 동특성에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 충돌형 분사기의 동특성을 규명하기 위해 이에 관한 실험을 수행하였으며 동적 거동을 생성시키기 위해 특별히 제작된 압력섭동기(mechanical pulsator)가 사용되었다. 가진주파수와 매니폴드 압력의 여러 조건 하에서 게인(gain)과 위상차(phase difference)를 분석하였고 주파수는 5,10, 15 Hz의 낮은 영역에 맞춰졌다. 제트 속도를 결정하기 위한 방법에 대해 논의하였으며 실험과정 중에 나타난 특정현상이 클라이스트론(Klystron) 효과와 관련이 있는 것으로 판단되어 이에 대해 고려하였다. Research on dynamic characteristics of injectors gives us insight for preventing combustion instability in a rocket engine. While lots of studies have been done about swirl injectors‘ dynamic characteristics, little is known about impinging jet injectors’ dynamic characteristics. For this reason, this study was aimed to reveal the dynamic characteristics of an impinging jet injector based on experiment using a hydraulic mechanical pulsator. Gain, which is the relationship between input pressure and output value(pressure or velocity) was analyzed with the frequency and manifold pressure change. Pulsating frequency was chosen in the low range: 5, 10, 15 Hz. As a background work, Methods to determine the jet velocity were discussed. Klystron effect was also considered as a factor of this experiment.
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오픈형 스월 인젝터의 스월 챔버 형상 변화에 따른 동특성 연구
김현태(Hyuntae Kim),정연재(Yunjae Chung),정석규(Seokkyu Jeong),윤영빈(Youngbin Yoon) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.7
스월 인젝터는 액체로켓 엔진에서의 연료 분사 장치로 널리 사용되고 있으며, 이에 따른 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. 특히 연소 불안정 문제를 해결하는 것은 모든 종류의 액체로켓 엔진에서 필수적이다. 본 연구에서는 연소불안정을 해결하기 위한 기초 연구로 오픈형 스월 인젝터에 대한 수류실험을 수행하였다. 인젝터로 유입되는 작동유체에 압력 섭동을 발생시키고, 그에 따른 응답특성을 실험적으로 파악하였다. 또한, 인젝터 스월 챔버의 길이와 지름을 변화시킴으로써 인젝터 구조의 변화에 따른 응답 특성의 변화를 확인하였다. Swirl injectors are widely used for Liquid Rocket Engine(LRE) as fuel injection system -and following researches are also being carried out throughout the world. Especially, solving combustion instability problem is essential for every type of LREs. In this study, cold test was carried out for open type swirl injector as a fundamental research to solve combustion instability problem. Pressure fluctuation was applied to the inlet flow coming into the injector and the following response characteristics were observed. The effect of swirl chamber geometry was also studied by changing both swirl chamber length and diameter.
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음향학적 가진을 통한 Closed-type 스월 인젝터의 동특성 검증
정석규(Seokgyu Jeong),정연재(Yunjae Chung),윤영빈(Youngbin Yoon) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
Closed-type 스월 인젝터의 다양한 주파수의 외란에 따른 응답 특성을 살펴보고자 하여 실험을 진행하였다. 펄세이터를 사용하여 closed-type 스월 인젝터의 공급부에 압력 섭동을 가하였고, 이에 따른 매니폴드의 압력 및 오리피스에서의 액막 두께를 살펴보았다. 그 결과 본 실험에서 사용된 closed-type 스월 인젝터는 공급계의 압력 섭동에 대해 200 Hz와 700 Hz의 두 개의 피크 주파수를 가짐을 볼 수 있었다. 이에 대한 검증을 위하여 closed-type 스월 인젝터에 음향학적 가진을 주어 인젝터 구조의 공진 특성을 파악해 보았으며 펄세이터 가진 실험과 유사한 주파수 응답 특성을 보임을 발견하였다. 이에 따라 closed-type 스월 인젝터의 동특성에서 발견된 피크 주파수는 인젝터 자체의 구조에 의한 공진주파수와 밀접한 연관이 있음을 밝혀내었다. This experiment was conducted to study the dynamic characteristics of closed-type swirl injector with external pulsations. By using a hydrodynamic mechanical pulsator, pressure pulsation was applied in the manifold of closed-type swirl injector. Pressure at the injector manifold and liquid film thickness at the injector orifice were measured, and as a result, two peak frequencies, 200 Hz and 700 Hz were found. To verify the cause of these peak frequencies, acoustic pulsation was applied to the injector and it was found that the results were similar to pulsator test results. In conclusion, it was found that peak frequencies of the closed-type swirl injector in pulsator test are closely related with the resonant frequencies which are induced by the injector geometry.
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