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초음속 연소실에서의 캐비티-안정화 화염의 실화 한계

전문가 제언: ○ 고속비행 시 흡입되는 공기를 산소원으로 이용하는 램제트 추진이나 덕티드 추진시스템, 특히 스크램제트 시스템에서 필수적으로 해결하여야 하는 기술 중에 하나가 화염안정화이다. 연소 시에 생성되는 생성물 중에 산소가 있어 외부에서의 산소공급 없이 연소하는 기존의 고체 추진기관과는 달리 이들 공기흡입 추진기관은 연료와 공기혼합이 잘 되어야 연소가 제대로 이루어진다.

○ 이러한 연소의 안정화를 위하여 이론적으로는 공기 흡입속도가 화염 전파속도와 유사하거나 또는 낮으면 혼합이 되는데 큰 무리가 없으나 공기유속이 빠르면 실화의 위험성이 내포된다. 따라서 이를 방지하고 연소가 안정되게 하기 위하여 유속을 감소시키는 장치를 설치하여 사용되고 있으며 이에 대한 연구개발도 다양하게 시도되어 왔다.

○ 대표적인 것으로 bluff body를 설치하여 흡입공기 유속이 이를 통과하면서 감속되어 와류형태를 유지하고 재순환영역을 형성시켜 화염이 유지되게 하는 안을 기본으로 하여 sudden dump, 스텝, 캐비티 등 여러 가지 방안으로 일부공기가 본류와 다르게 하여 화염유지를 하도록 하고 있다.

○ 그리고 이러한 시도는 공기흡입 추진기관을 연구하는 나라에서는 거의 다 연구개발을 하고 있으며 구소련인 러시아를 필두로 미국, 프랑스, 독일 등 유럽과 이스라엘 등에서 연구 발표되고 있다. 최근에는 중국에서도 스크램제트와 관련하여 화염안정화 장치, 특히 캐비티에 관한 연구가 활발하다.

○ 이에 비하면 우리나라는 화염 안정화에 관한 연구 개발은 이제 초보적인 단계에 있는데, 이는 공기 흡입 추진기관의 개발과 연계되어 있는 것으로, 램제트 추진기관 연구가 시동이 걸린 만큼 이에 수반되는 연소안정화 기술 또한 연구 개발되어야 할 적기이다.

저자: Taichang Zhang, et al.
자료유형: 니즈학술정보