In this study, the enhancement of combustion performance through the fluidic oscillator fuel injector of the hydrogen peroxide/kerosene bi-propellant rocket combustor was validated. Improving combustion performance is necessary to solve the shortcomings of long characteristic length due to the use of catalysts. Feedback-free fluidic oscillator injector was designed and manufactured. Measurements and prediction were performed through water/kerosene experiments and CFD to understand the oscillation and hydraulic characteristics of the injector. Oscillation frequency, sweep angle, and discharge coefficient according to the mass flow rate could be obtained. A 100 N class hydrogen peroxide/kerosene bi-propellant thruster was designed and manufactured to perform combustion experiments. A general type orifice injector was also manufactured to compare combustion performance with a fluidic oscillator injector. During the combustion experiment, both injectors were stably combusted. It was proved that the oscillation of the fluidic oscillator injector fuel jet does not influence the pressure perturbation. Through combustion experiments, the characteristic velocity efficiency, ignition delay time, ignition boundary between the two injectors was compared. It was proved that the combustion performance was improved through the use of a fluidic oscillator fuel injector. In order to measure the jet trajectory in the crossflow during the combustion, a visualization combustion chamber was designed and manufactured to conduct combustion experiments, and based on the trajectory measurement results, it became possible to design the trajectory of the jet in the crossflow.
본 연구에서는 과산화수소/케로신 이원추진제 로켓연소기의 유체진동기 연료 인젝터를 통한 연소성능 향상을 검증하였다. 연소성능 향상은 촉매의 사용으로 인한 긴 특성길이 단점을 해결하기 위해 필요하다. Feedback-free 유체진동기 인젝터를 설계하고 제작하였으며, 인젝터의 진동특성 및 수력학적 특성을 파악하기 위해 CFD를 이용한 예측 및 실매질 실험을 통한 측정을 수행하였다. 이를 통해 유량에 따른 진동수, 진동 각도, 토출계수를 구할 수 있었다. 연소실험을 수행하기 위한 100 N 급 과산화수소/케로신 이원추진제 추력기를 설계 및 제작하였으며, 유체진동기 인젝터와 연소성능을 비교할 일반 오리피스 인젝터 또한 제작하였다. 연소실험 시 두 인젝터 모두 안정적으로 연소하였으며, 유체진동기 인젝터에 의한 연료 제트의 진동이 압력 섭동에 영향을 미치지 않음을 보였다. 또한 연소실험을 통해 두 인젝터간의 특성속도 효율, 점화지연시간, 점화한계를 비교하였으며, 유체진동기 인젝터 사용을 통해 연소성능이 향상되었음을 증명하였다. 연소환경에서의 횡단유동내 제트 궤적을 측정하기 위해 가시화 연소실을 설계하고 제작하여 연소실험을 진행하였으며, 궤적 측정 결과를 바탕으로 추후 횡단유동내 제트의 궤적 설계가 가능하게 되었다.
