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문제 정의
- 본 연구에서는 하이브리드 로켓 모터의 연소실 축방향으로 연료의 국부 유동과 열역학 특성 변화를 고려한 해석 기법을 연구하였다. 이러한 해석 기법은 고체 로켓에서 나타나는 침식연소 현상을 예측하기 위하여 연구된 사례는 있으나[2,3] 하이브리드 로켓에 적용한 사례는 공개된 문헌에서는 아직 찾을 수 없다.
가설 설정
- 확산화염은 산화제와 연료의 당량비가 1에 가까운 지점에서 형성된다고 할 수 있으므로[5], 당량비가 1보다 작은 경우 미소체적에 공급되는 연료의 양을 기준으로 이론연소가 이뤄진다고 가정한다. 노즐에서는 화학반응 없이 Frozen flow 상태로 연소가스가 빠져나감을 가정한다. 미소체적 내 기체는 연소가스와 산화제의 혼합기체로 가정하여 미소체적 내 연소가스와 산화제의 질량분율 (Xox , Xg)을 구해 기체의 상태량을 도출 한다.
- 노즐에서는 화학반응 없이 Frozen flow 상태로 연소가스가 빠져나감을 가정한다. 미소체적 내 기체는 연소가스와 산화제의 혼합기체로 가정하여 미소체적 내 연소가스와 산화제의 질량분율 (Xox , Xg)을 구해 기체의 상태량을 도출 한다.
- 미소체적을 출입하는 기체는 이상기체로 가정한다. 이 때 온도 변화에 의한 연소가스 질량 변화는 무시된다[3].
- 이러한 해석 기법은 고체 로켓에서 나타나는 침식연소 현상을 예측하기 위하여 연구된 사례는 있으나[2,3] 하이브리드 로켓에 적용한 사례는 공개된 문헌에서는 아직 찾을 수 없다. 연소실 내 압력 변화를 계산하기 위해 연소실의 국부영역에서는 준 정상상태로 가정하였으며 국부적인 화학평형 열역학 데이터는 CEA(Chemical Equilibrium Application)를 이용하였다. 연소실 축방향의 압력 변화 및 유속변화를 조사하였고 연료의 국부 후퇴율을 고려한 성능예측결과를 실험데이터와 비교하여 성능 예측기법의 타당성을 평가하였다.
- 하이브리드 로켓의 연소는 연료 표면위에 형성되는 확산화염영역에서 대부분 이뤄진다. 확산화염은 산화제와 연료의 당량비가 1에 가까운 지점에서 형성된다고 할 수 있으므로[5], 당량비가 1보다 작은 경우 미소체적에 공급되는 연료의 양을 기준으로 이론연소가 이뤄진다고 가정한다. 노즐에서는 화학반응 없이 Frozen flow 상태로 연소가스가 빠져나감을 가정한다.
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