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부분커버 캐비티가 있는 스크램제트 연소실에서의 액체 케로신 스파크 점화

전문가 제언: ○ 일반적으로 화학 추진기관은 자체적으로 가지고 있는 추진제의 산화제 성분을 연소에 사용하고 있고 특히 고체 추진기관의 경우 80%에 육박하는 산화제 성분으로 연소 면에서 매우 비효율적인 구성이다. 이에 비행 중에 들어오는 공기를 활용하는 공기흡입 추진기관이 새로운 기술로 대두되고 있는데 초음속의 흡입공기가 연소실에서 아음속으로 변하는 램제트와 아직도 초음속상태인 스크램제트로 구분하고 있다.

○ 이러한 흡입공기 추진기관은 특히 초음속상태의 연소실에서는 연소화염의 안정화가 필수적이다. 따라서 공기흡입 추진기관의 연구개발과 함께 연소 안정화 기술이 중요한 과제가 되었고 여기에는 부분적으로 연소속도를 낮추어 화염을 유지시키는 방안으로, bluff body를 설치하거나 sudden dump, 2차 유동분사 등 여러 가지 안이 연구 개발되어 왔다. 특히 스크램제트의 경우에 캐비티를 이용하는 연구개발이 여러 나라에서 시도되고 있다.

○ 대표적으로 캐비티의 길이와 깊이에 따라 캐비티 내에 형성되는 유동 형상과 화염 전파 및 캐비티 내의 압력파 형성 등이 미치는 진동효과와 방지를 위한 대책도 연구되고 있다.

○ 논문에서는 일반적인 캐비티가 열려있는 형상인데 비하여 2가지의 캐비티를 만들어 상류 캐비티의 일부에 유동방향으로 커버를 만들어 고속의 흐름유입 자체를 차단하고 그 효과를 점화와 화염전파에 대하여 조사하고 있다. 커버된 상류 캐비티에서의 점화와 연소유지를 확장하여 하류 캐비티와 상류 캐비티 및 연소실 전체의 연소 확장을 보여주고 있다.

○ 세계적으로 활발한 스크램제트 연구와 함께 필수적 기술인 화염 안정화 연구가 활발히 진행되고 있고 논문과 같이 새로운 제안과 연구결과도 발표되고 있다. 우리나라에서는 일부대학에서 수치해석적 연구가 진행되고 있는데 공기흡입 추진기관과 함께 캐비티 화염 안정화 기술 개발이 필요할 것으로 보인다.

저자: Heng Bao, et al.
자료유형: 니즈학술정보