모델 스크램제트 지상 시험을 위한 고속 연료 분사 시스템 개발 및 적용

Abstract

본 연구에서는 모델 스크램제트 지상 시험에서의 연료 분사 안정화 시간을 단축하기 위해 솔레노이드 액추에이터를 장착한 새로운 연료 분사 시스템을 개발하였으며, 이를 고속 응답 밸브를 사용하는 종래의 연료 분사 시스템과 비교하였다. 제트 안정화 시간은 유동 가시화 기법을 통해 관측한 제트 발달 이미지로부터 평가하였다. 연료 제트 발달 이미지와 궤적을 프리 제트 및 초음속 유동 내 분사를 통해 확인하였다. 제트 안정화 시간은 각각 1 mm 와 2 mm의 직경을 가지는 음속 분사구와 500, 700 그리고 900 kPa의 연료 탱크 압력, 그리고 다양한 스트로크 길이하에 구해졌다. 모든 경우에서 분사 제트는 12 ms 이내에 안정화되었으며, 이는 종래 시스템의 제트 안정화 시간인 200-300 ms 보다 약 30배 가량 빠른 속도였다. 분사 압력 측정 및 궤적 비교 결과, 새로운 연료 분사 시스템은 종래의 시스템보다 더 효과적으로 목표 압력으로 연료를 분사할 수 있음을 확인하였다. 최종적으로, 개발한 연료 분사 시스템을 모델 스크램제트에 적용하여 충격파 터널 시험을 수행하였으며 그 성능 및 안정성을 검증하였다.