A new fuel injection system with a solenoid actuator was developed to reduce the jet stabilization time and was compared to a conventional fuel injection system using a fast-acting valve. The jet stabilization time was examined from the jet images during the establishment obtained through a flow visualization technique. Using a supersonic wind tunnel, the jet establishment image and trajectory were obtained in stagnant and supersonic flows. The jet stabilization times were obtained at the fuel tank pressure of 500, 700, and 900 kPa with injection orifice diameters of 1 and 2 mm and various stroke lengths. For all cases, the jets were stabilized within 12 ms, which was faster than the conventional system’s stabilization time of 200-300 ms. As a result of the injection pressure measurements and jet trajectory comparison, the new system was able to inject fuel at the target pressure more effectively than the conventional fuel system. Finally, the developed fuel injection system was applied to the model scramjet to perform a shock tunnel test, and its performance and stability were confirmed.
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.
