논문 : 안정적인 액체연료 공급을 위한 Cavitating Venturi 의 응용

Abstract

고압의 불활성 기체를 이용하여 엔진에 추진제를 공급하는 액체로켓의 경우, 추진제 탱크의 압력은 정상연소상태의 연소압을 기준으로 하여 설계한다. 그러나 연소초기의 연소실 압력은 대기압 상태이므로 과도한 유량이 공급되어 이로 인해 hard-start가 발생하며, 최악의 경우 엔진의 파손을 가져온다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하고 안정된 연소를 위하여 개선된 추진제 공급시스템을 제안하며, 이는 실제 연소실험을 통해 그 성능을 규명 하였다. 이 공습시스템은 연소 초기 및 연소 중의 일정한 유량공급을 위해 Cavitating Venturi를 사용하는 시스템이다. Cavitating Venturi는 오직 공급압력에 의해서만 유량이 결정되며, 출구압력에 영향을 받지 않으므로 연소 초기는 물론이고, 연소 중 이상 연소에 의해 연소압이 떨어져도 설계치 이상의 유량이 공급되지 않는다. 본 실험을 통해서 Cavitating Venturi의 설계 영역에서의 유량에 대한 안정성이 입증되었기 때문에, Cavitating Venturi는 액체로켓 이외의 압력강하량 변화가 큰 시스템에서 매우 효과적일 것이다. For the pressurized propellant supply system of liquid rocket, feed pressure is determined with respect to the chamber pressure of normal combustion state. However, during ignition period the initial chamber pressure is atmosopheric. This may cause overflow, hard-start and even critical damage for the engine. This paper proposes an improved propellant feed system for the stable combustion of liquid rocket. The proposed system utilizes the cavitating venturi to provide stable mass flow rate. Cavitating venturi offers unique flow control capabilities at normal and abnormal combustion state, because flow rate is soley dependent on the upstream absolute pressure and fluid properties, but independent on th downstream condition. Experimental variables are propellant feed pressure and chamber pressure. The effectiveness of cavitating venturi increased when the ratio of actual feed pressure to the cavitating venturi design pressure is increased. It is also found that Kerosene if more effective to supply stable mass flow rate than LOx.