스월 유동과 나선형 그레인에 의한 하이브리드 로켓 연료의 연소율 향상

Abstract

하이브리드 로켓 연료의 연소율 향상을 위해서 스월 유동을 이용한 방법과 나선형 그레인 방법의 두 가지 방법을 사용하여 연소율 증가에 대한 실험 연구를 수행하였다. 스월 유동을 적용하기 위해서 두 가지의 인젝터를 사용하였으며 스월 수 3.61인 인젝터를(Type II) 사용할 때 더 높은 연소율 증가를 나타내었다. 그러나 두 가지 인젝터 모두에서 공통으로 연료 앞부분에서 연소가 집중적으로 발생하는 현상이 발생하였다. 나선형 그레인에 의한 연소율 증가를 실험하기 위하여 피치 6과 피치 100인 두 종류 연료를 사용하였다. 스월 유동이 없는 인젝터를 사용할 경우 피치 6 그레인에서는 강한 난류의 발생에 따른 연소율 향상이 더 크게 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 스월 인젝터와 나선형 그레인을 동시에 적용하여 실험한 결과에 의하면, Type II 인젝터와 피치 100 그레인를 적용할 경우에 가장 높은 연소율 증가를 이루었다. 이것은 인젝터에서 발생한 스월 유동이 나선형 그레인을 통해 연료의 출구까지 유지되었기 때문인 것으로 판단된다. Experimental tests have been done with swirl injector and helical grain configuration to increase the regression rate of hybrid rocket solid fuel. Two types of injector were designed to evaluate the swirl effect of oxidizer stream on the increase in the regression rate. Results showed Type II injector with swirl number of 3.61 induced the better regression rate than Type I injector. Meanwhile, fuels with two different pitch number of 6 and 100 were used to analyzes the flow characteristics on the enhancement of regression rate. Test with fuels of pitch 6 showed better increase in the regression rate than in the pitch 100 when no swirler was imposed. This is due to the generation of strong turbulences in the oxidizer stream along the pitch 6 configuration. However, the regression rate could be increased further in the fuel with pitch 100 than with pitch 6 when swirl flow was imposed by Type II injector. This result implied that the fuel with pitch 100 could take a role of sustainer of the imposed swirl by swirler II instead of turbulence generator.